KR20210048590A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20210048590A
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순페이 야마자키
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 적은 전력 소비를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이 목적이다. 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이 목적이다. 반도체 장치에서, 게이트 전극층(게이트 배선층)은 게이트 절연층 및 박막 트랜지스터의 산화물 반도체층을 커버하는 절연층이 그 사이에 개재되어 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속된 배선층과 교차한다. 따라서, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 또는 드레인 전극층들의 적층 구조에 의해 형성된 기생 용량이 감소될 수 있어서, 반도체 장치의 낮은 전력 소비가 실현될 수 있다.It is an object to provide a semiconductor device having a low power consumption as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer. It is an object to provide a semiconductor device having high reliability as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer. In a semiconductor device, a gate electrode layer (gate wiring layer) intersects a wiring layer electrically connected to a source electrode layer or a drain electrode layer with a gate insulating layer and an insulating layer covering the oxide semiconductor layer of the thin film transistor interposed therebetween. Accordingly, the parasitic capacitance formed by the stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source or drain electrode layers can be reduced, so that low power consumption of the semiconductor device can be realized.

Figure pat00002
Figure pat00002

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 산화물 반도체를 포함하는 반도체 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device containing an oxide semiconductor and a method of manufacturing the same.

본 명세서에서 반도체 장치는 반도체 특성을 이용하여 기능하는 장치 전반을 의미하고, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자 기기는 모두 반도체 장치이다.In the present specification, a semiconductor device refers to an entire device that functions using semiconductor properties, and an electro-optical device, a semiconductor circuit and an electronic device are all semiconductor devices.

최근, 절연 표면을 갖는 기판 위에 형성된 (대략 수 nm 내지 수백 nm의 두께를 갖는) 반도체 박막을 사용하여 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 기술이 주목받고 있다. 박막 트랜지스터들은 IC 및 전기 광학 장치들과 같은 전자 장치에 넓게 적용되고 특히, 화상 표시 장치들에서 스위칭 소자들로서 사용될 박막 트랜지스터들의 개발이 촉구되고 있다. 다양한 금속 산화물들이 다양한 애플리케이션들에 이용된다. 산화 인듐은 널리 알려진 재료이고, 액정 표시 등에 필요한 투광성 전극 재료로서 사용된다.Recently, a technique of forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of approximately several nm to several hundreds of nm) formed on a substrate having an insulating surface has been attracting attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and in particular, development of thin film transistors to be used as switching elements in image display devices is being urged. Various metal oxides are used in a variety of applications. Indium oxide is a widely known material, and is used as a translucent electrode material required for liquid crystal displays and the like.

일부 금속 산화물들은 반도체 특성을 갖는다. 반도체 특성을 갖는 이러한 금속 산화물들의 예들은, 산화 텅스텐, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 아연 등을 포함한다. 반도체 특성을 갖는 이러한 금속 산화물을 사용하여 채널 형성 영역이 형성되는 박막 트랜지스터들이 알려져 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2).Some metal oxides have semiconductor properties. Examples of such metal oxides having semiconductor properties include tungsten oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, and the like. Thin film transistors in which a channel formation region is formed using such a metal oxide having semiconductor properties are known (Patent Document 1 and Patent Document 2).

박막 트랜지스터들을 사용하는 전자 장치들의 예들로서, 휴대 전화 또는 랩탑 컴퓨터들과 같은 모바일 기기들이 제공될 수 있다. 연속 동작 시간에 영향을 미치는 전력 소비가 이러한 모바일 전자 장치에 대한 심각한 문제이다. 또한, 크기가 커지고 있는 텔레비전 세트에 대해서도, 크기의 증가에 의한 전력 소비의 증가를 억제하는 것이 필요하다.As examples of electronic devices using thin film transistors, mobile devices such as cell phones or laptop computers may be provided. Power consumption, which affects the continuous operating time, is a serious problem for these mobile electronic devices. In addition, even for a television set having an increasing size, it is necessary to suppress an increase in power consumption due to an increase in size.

일본 공개 특허공보 제 2007-123861 호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-123861 일본 공개 특허공보 제 2007-096055 호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-096055

본 발명의 목적은 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 저전력 소비를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a low power consumption as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

본 발명의 목적은 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 고신뢰성을 갖는 반도체를 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high reliability as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

반도체 장치에서, 게이트 전극층(게이트 배선층)은 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속되는 배선층과 교차하고, 박막 트랜지스터의 산화물 반도체층을 덮는 절연층 및 게이트 절연층이 그 사이에 개재된다. 박막 트랜지스터의 게이트 전극층이 산화물 반도체층상에서 소스 전극층 및 드레인 전극층과 부분적으로 겹친다는 것을 제외하고, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 전극층 또는 드레인 전극층의 적층 구조가 형성되지 않는다.In a semiconductor device, a gate electrode layer (gate wiring layer) crosses a wiring layer electrically connected to the source electrode layer or the drain electrode layer, and an insulating layer and a gate insulating layer covering the oxide semiconductor layer of the thin film transistor are interposed therebetween. A stacked structure of a gate electrode layer, a gate insulating layer, and a source electrode layer or a drain electrode layer is not formed, except that the gate electrode layer of the thin film transistor partially overlaps the source electrode layer and the drain electrode layer on the oxide semiconductor layer.

따라서, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 전극층 또는 드레인 전극층의 적층 구조에 의해 형성되는 기생 용량이 감소될 수 있어서, 반도체 장치의 저전력 소비가 실현될 수 있다.Accordingly, the parasitic capacitance formed by the stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source electrode layer or the drain electrode layer can be reduced, so that low power consumption of the semiconductor device can be realized.

본 발명의 일 실시형태는, 게이트 전극층, 게이트 전극층 위의 게이트 절연층, 게이트 절연층 위의 산화물 반도체층, 산화물 반도체층 위의 소스 전극층 및 드레인 전극층, 소스 전극층 및 드레인 전극층 위에서 산화물 반도체층과 접촉하는 산화물 절연층, 및 산화물 절연층 위에서 소스 또는 드레인 전극층과 전기적으로 접속되는 배선층을 포함하는 반도체 장치이다. 개구가 소스 또는 드레인 전극층에 이르도록 산화물 절연층에 형성되고, 배선층은, 개구에서 소스 또는 드레인 전극층과 접촉하고, 게이트 전극층과 배선층은 게이트 절연층 및 산화물 반도체층이 개재되어 서로 겹친다.One embodiment of the present invention is in contact with the oxide semiconductor layer on the gate electrode layer, the gate insulating layer on the gate electrode layer, the oxide semiconductor layer on the gate insulating layer, the source electrode layer and the drain electrode layer on the oxide semiconductor layer, and the source electrode layer and the drain electrode layer. A semiconductor device comprising an oxide insulating layer and a wiring layer electrically connected to a source or drain electrode layer on the oxide insulating layer. The opening is formed in the oxide insulating layer so as to reach the source or drain electrode layer, the wiring layer is in contact with the source or drain electrode layer at the opening, and the gate electrode layer and the wiring layer overlap each other with the gate insulating layer and the oxide semiconductor layer interposed therebetween.

소스 및 드레인 전극층들은, 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다.The source and drain electrode layers are preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less in thickness, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced.

소스 및 드레인 전극층들이 높은 산소 친화성을 갖는 금속을 함유하는 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 높은 산소 친화성을 갖는 금속은 티타늄, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 및 톨륨으로부터 선택된 하나 이상의 재료인 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 소스 및 드레인 전극층들 각각으로서 티타늄 막이 사용된다.It is preferred that the source and drain electrode layers are formed using a material containing a metal having high oxygen affinity. The metal with high oxygen affinity is preferably at least one material selected from titanium, aluminum, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, and thorium. In this embodiment, a titanium film is used as each of the source and drain electrode layers.

산화물 반도체층 및 높은 산소 친화성을 갖는 금속층이 서로 접촉하면서 열처리가 실시될 때, 산소 원자들이 산화물 반도체층으로부터 금속층으로 이동하여, 그 사이의 계면 근처의 캐리어 밀도가 증가된다. 저저항 영역이 계면 근처에 형성되어서, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층 사이의 접촉 저항이 감소한다.When heat treatment is performed while the oxide semiconductor layer and the metal layer having a high oxygen affinity are in contact with each other, oxygen atoms move from the oxide semiconductor layer to the metal layer, and the carrier density near the interface therebetween increases. A low resistance region is formed near the interface, so that the contact resistance between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers decreases.

내열성 도전 재료가 소스 및 드레인 전극층들에서 사용될 수도 있다. 내열성 도전 재료를 사용함으로써, 소스 및 드레인 전극층들의 형성 후에 열처리가 실시될 때에도, 소스 및 드레인 전극층들의 특성들의 변화 또는 열화가 방지될 수 있다.Heat resistant conductive material may be used in the source and drain electrode layers. By using the heat-resistant conductive material, even when heat treatment is performed after the formation of the source and drain electrode layers, the change or deterioration of the properties of the source and drain electrode layers can be prevented.

내열성 도전 재료로서, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc)으로부터 선택된 원소, 또는 임의의 상기 원소를 성분으로서 포함하는 합금, 임의의 이들 원소들의 조합을 포함하는 합금막, 또는 임의의 상기 원소들을 성분으로서 포함하는 질화물 등이 사용될 수 있다. 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)와 같은 저저항 도전 재료가 상술한 내열성 도전 재료와 조합되는 도전막이 사용될 수도 있다.As a heat-resistant conductive material, an element selected from titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), neodymium (Nd), scandium (Sc), or any of the above elements. An alloy containing as, an alloy film containing any combination of these elements, or a nitride containing any of the above elements as a component can be used. A conductive film in which a low-resistance conductive material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is combined with the heat-resistant conductive material described above may be used.

소스 및 드레인 전극층들은 산화 금속층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층과 티타늄 막 사이에 산화 티타늄막이 제공되는 구조, 또는 티타늄막(예를 들어, 0.1 nm 이상 5 nm이하의 두께를 가짐)과 산화물 절연층 사이에 산화 티타늄막(예를 들어, 1 nm 이상 20 nm이하의 두께를 가짐)이 제공되는 구조가 이용될 수도 있다.The source and drain electrode layers may include a metal oxide layer. For example, a structure in which a titanium oxide film is provided between an oxide semiconductor layer and a titanium film, or a titanium oxide film (e.g., a titanium oxide film having a thickness of 0.1 nm or more and 5 nm or less) and an oxide insulating layer For example, a structure in which a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less) is provided may be used.

소스 및 드레인 전극층들이 광이 투과될 만큼 얇을 때, 소스 및 드레인 전극층들은 투광성을 갖는다.When the source and drain electrode layers are thin enough to transmit light, the source and drain electrode layers have light-transmitting properties.

배선층은 소스 및 드레인 전극층들의 저항보다 낮은 저항을 갖는 도전막을 사용하여 형성된다. 특히, 배선층은 알루미늄, 구리, 크롬, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 네오디뮴, 스칸듐과 같은 금속 재료, 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로서 포함하는 합금 재료를 사용하여 단층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 알루미늄막 및 티타늄막이 배선층으로 적층구조를 형성하기 위해 제 1 배선층 및 제 2 배선층으로서 사용된다.The wiring layer is formed using a conductive film having a resistance lower than that of the source and drain electrode layers. In particular, the wiring layer may be formed to have a single layer or a laminated structure using a metal material such as aluminum, copper, chromium, tantalum, molybdenum, tungsten, titanium, neodymium, scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component. have. In this embodiment, an aluminum film and a titanium film are used as the first wiring layer and the second wiring layer to form a laminated structure with the wiring layer.

본 발명의 일 실시형태는, 게이트 전극층이 형성되고, 게이트 절연층이 게이트 전극층 위에 형성되고, 산화물 반도체층이 게이트 절연층 위에 형성되고, 산화물 반도체층이 탈수화 또는 탈수소화되어, 그 후, 대기에 노출되는 것이 방지되어, 산화물 반도체층에 대한 물 또는 수소의 혼입이 방지되고, 소스 및 드레인 전극층들이 산화물 반도체층 위에 형성되고, 산화물 반도체층, 소스 및 드레인 전극층들 위에 산화물 반도체층의 일부와 접촉하는 산화물 절연층이 형성되고, 산화물 절연층에 소스 또는 드레인 전극층들에 이르는 개구가 형성되며, 소스 또는 드레인 전극층과 접촉하고 또한 그 사이에 개재된 게이트 절연층 및 산화물 절연층과 게이트 전극층이 부분적으로 겹치는 배선층이 개구에 형성되는 반도체 장치를 제작하는 방법이다. 배선층은 소스 및 드레인 전극층들보다 얇고, 소스 및 드레인 전극층들보다 낮은 저항을 갖는다.In one embodiment of the present invention, a gate electrode layer is formed, a gate insulating layer is formed over the gate electrode layer, an oxide semiconductor layer is formed over the gate insulating layer, the oxide semiconductor layer is dehydrated or dehydrogenated, and thereafter, the atmosphere Is prevented from being exposed to the oxide semiconductor layer to prevent water or hydrogen from being mixed into the oxide semiconductor layer, source and drain electrode layers are formed on the oxide semiconductor layer, and a portion of the oxide semiconductor layer is in contact with the oxide semiconductor layer, the source and drain electrode layers An oxide insulating layer is formed, an opening is formed in the oxide insulating layer to the source or drain electrode layers, and the gate insulating layer and the oxide insulating layer and the gate electrode layer are partially in contact with the source or drain electrode layer and interposed therebetween. This is a method of manufacturing a semiconductor device in which an overlapping wiring layer is formed in an opening. The wiring layer is thinner than the source and drain electrode layers and has a lower resistance than the source and drain electrode layers.

상술한 구조들 각각으로, 상술한 목적들 중 적어도 하나가 달성될 수 있다.With each of the above-described structures, at least one of the above-described objects can be achieved.

산화물 반도체층은, InMO3(ZnO)m(m>0)의 박막이다. 그 박막을 산화물 반도체층으로서 사용하여 박막 트랜지스터가 형성된다. M는, Ga, Fe, Ni, Mn 및 Co로부터 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다는 것에 유의한다. 예를 들어, M로서 Ga일 수도 있거나, Ga 이외에 상술한 금속 원소를 포함할 수도 있고, 예를 들어, M은 Ga 및 Ni일 수도 있거나 M은 Ga 및 Fe일 수도 있다. 상술한 산화물 반도체에서, M로서 포함되는 금속 원소 이외에, 불순물 원소로서 Fe 또는 Ni와 같은 천이 금속 원소 또는 천이 금속의 산화물이 포함될 수도 있다. 본 명세서에서, 그 조성식이 InMO3(ZnO)m(m>0)(적어도 Ga가 M으로서 포함됨)로 표기되는 산화물 반도체층을 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체라고 칭하고, 그 박막을 In-Ga-Zn-O계 비단결정막이라고 칭한다.The oxide semiconductor layer is a thin film of InMO 3 (ZnO) m (m>0). Using the thin film as an oxide semiconductor layer, a thin film transistor is formed. Note that M represents one or more metal elements selected from Ga, Fe, Ni, Mn and Co. For example, as M may be Ga, or may include the above-described metal elements other than Ga, for example, M may be Ga and Ni, or M may be Ga and Fe. In the oxide semiconductor described above, in addition to the metal element included as M, a transition metal element such as Fe or Ni or an oxide of a transition metal may be included as an impurity element. In this specification, an oxide semiconductor layer whose composition formula is InMO 3 (ZnO) m (m> 0) (at least Ga is included as M) is referred to as an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor, and the thin film is In It is called -Ga-Zn-O non-single crystal film.

산화물 반도체층에 적용가능한 금속 산화물의 다른 예들로서, 임의의 다음의 금속 산화물들: In-Sn-O계 금속 산화물, In-Sn-Zn-O계 금속 산화물, In-Al-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Al-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Al-Zn-O계 금속 산화물, In-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Zn-O계 금속 산화물, Al-Zn-O계 금속 산화물, In-O계 금속 산화물, Sn-O계 금속 산화물, 및 Zn-O계 금속 산화물의 금속 산화물이 적용될 수 있다. 산화 실리콘이 상술한 금속 산화물을 사용하여 형성된 산화물 반도체층에 포함될 수도 있다.As other examples of the metal oxide applicable to the oxide semiconductor layer, any of the following metal oxides: In-Sn-O-based metal oxide, In-Sn-Zn-O-based metal oxide, In-Al-Zn-O-based metal Oxide, Sn-Ga-Zn-O type metal oxide, Al-Ga-Zn-O type metal oxide, Sn-Al-Zn-O type metal oxide, In-Zn-O type metal oxide, Sn-Zn-O type Metal oxides of metal oxides, Al-Zn-O-based metal oxides, In-O-based metal oxides, Sn-O-based metal oxides, and Zn-O-based metal oxides may be applied. Silicon oxide may be included in the oxide semiconductor layer formed using the metal oxide described above.

탈수화 또는 탈수소화는, 질소 또는 희가스(아르곤 또는 헬륨과 같은)와 같은 불활성 기체의 분위기하에서 400℃ 이상 750℃ 이하, 바람직하게는 425℃ 이상 기판의 변형점 미만에서 실시된 가열 처리여서, 산화물 반도체층에 함유된 수분과 같은 불순물이 감소된다. 또한, 물(H2O)의 혼입이 방지될 수도 있다.Dehydration or dehydrogenation is a heat treatment performed at 400°C or more and 750°C or less, preferably 425°C or more and less than the strain point of the substrate in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or a rare gas (such as argon or helium), and thus oxides Impurities such as moisture contained in the semiconductor layer are reduced. In addition, incorporation of water (H 2 O) may be prevented.

탈수화 또는 탈수소화를 위한 열처리는, 20 ppm 이하의 H2O 농도로 질소 분위기에서 실시되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 열처리는 20 ppm 이하의 H2O 농도로 초건조 공기 분위기에서 실시될 수도 있다.The heat treatment for dehydration or dehydrogenation is preferably carried out in a nitrogen atmosphere at a H 2 O concentration of 20 ppm or less. Alternatively, the heat treatment may be carried out in an ultra-dry air atmosphere with a H 2 O concentration of 20 ppm or less.

탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리에 있어서, 전기로를 사용한 가열 방법, 가열된 기체를 사용하는 GRTA(gas rapid thermal anneal)법 또는 램프광을 사용하는 LRTA(lamp rapid thermal anneal)법과 같은 순간 가열 방법 등이 사용될 수 있다.In heating treatment for dehydration or dehydrogenation, an instantaneous heating method such as a heating method using an electric furnace, a gas rapid thermal anneal (GRTA) method using a heated gas, or a lamp rapid thermal anneal (LRTA) method using a lamp light Etc. can be used.

탈수화 또는 탈수소화된 후의 산화물 반도체층상에서 TDS(Thermal Desorption Spectroscopy) 측정이 450℃까지 실시될 때에도, 300℃ 부근에 나타나는 물의 2개의 피크들 중 적어도 하나가 검출되지 않도록 열처리 조건이 설정된다. 따라서, 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터상에서 TDS 측정이 450℃까지 실시될 때에도, 300℃ 부근에 나타나는 물의 피크는 검출되지 않는다.Even when the TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) measurement on the oxide semiconductor layer after dehydration or dehydrogenation is performed up to 450°C, the heat treatment conditions are set so that at least one of the two peaks of water appearing around 300°C is not detected. Therefore, even when the TDS measurement is performed up to 450°C on the thin film transistor including the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer, the peak of water appearing around 300°C is not detected.

그 후, 산화물 반도체층이 탈수화 또는 탈수소화되는 가열 온도(T)로부터 물 또는 수소와 같은 불순물들의 혼입을 방지하는데 충분히 낮은 온도, 구체적으로는, 가열 온도(T)보다 100℃ 만큼 낮은 온도까지 서냉(徐冷)된다. 탈수화 또는 탈수소화를 위해 사용된 동일한 노가 공기에 노출되지 않고 사용되고, 물 또는 수소화 같은 불순물들의 혼입이 방지되는 것이 중요하다. 탈수화 또는 탈수소화가 실시되어, 산화물 반도체층을 저저항형 층, 즉, n형(n-형 또는 n+ 형과 같은)화시키고, 그 후, 산화물 반도체층이 i-형 산화물 반도체층이 되도록 고저항화시킨다. 이러한 산화물 반도체층을 사용하여 박막 트랜지스터가 제작될 때, 박막 트랜지스터의 임계 전압은 포지티브이고, 소위 노멀리-오프(normally-off) 스위칭 소자가 획득될 수 있다. 가능한 한 0V에 가까운 포지티브 값인 임계 전압으로 채널이 형성되는 것이 표시 장치에 대해 바람직하다. 박막 트랜지스터의 임계 전압값이 네거티브이면, 박막 트랜지스터는 게이트 전압이 0 V일 때에도 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 전류가 흐르는 소위 노멀리-온(normally-on) TFT인 경향이 있다. 액티브 매트릭스 표시 장치에서, 회로에 포함된 박막 트랜지스터의 전기 특성이 중요하고, 표시 장치의 성능에 영향을 미친다. 특히, 박막 트랜지스터의 전기 특성 중에서, 임계 전압(Vth)이 중요하다. 전계 효과 이동도가 높을 때에도 임계 전압값이 높거나 또는 네거티브 값이면, 회로를 제어하는 것이 어렵다. 박막 트랜지스터가 큰 절대값을 갖는 높은 임계 전압값을 가질 때, 박막 트랜지스터는 트랜지스터가 낮은 전압에서 구동될 때 TFT로서 스위칭 기능을 실시할 수 없고, 부하일 수도 있다. n-채널 박막 트랜지스터의 경우에서, 포지티브 전압이 게이트 전압으로서 인가된 후에 채널이 형성되어, 드레인 전류가 흐르기 시작하는 것이 바람직하다. 구동 전압이 높지 않으면 채널이 형성되지 않는 트랜지스터 및 네거티브 전압에서도 채널이 형성되고 드레인 전류가 흐르는 트랜지스터는 회로에 사용된 박막 트랜지스터로서 적합하지 않다.Thereafter, from the heating temperature (T) at which the oxide semiconductor layer is dehydrated or dehydrogenated to a temperature sufficiently low to prevent the incorporation of impurities such as water or hydrogen, specifically, to a temperature lower than the heating temperature (T) by 100°C. It becomes slow cooling. It is important that the same furnace used for dehydration or dehydrogenation is used without exposure to air, and incorporation of impurities such as water or hydrogenation is prevented. Dehydration or dehydrogenation is carried out to make the oxide semiconductor layer a low-resistance type layer, i.e., n-type (such as n - type or n + -type), and then, so that the oxide semiconductor layer becomes an i-type oxide semiconductor layer. Higher resistance. When a thin film transistor is fabricated using such an oxide semiconductor layer, the threshold voltage of the thin film transistor is positive, and a so-called normally-off switching element can be obtained. It is desirable for a display device to form a channel with a threshold voltage that is a positive value as close to 0V as possible. If the threshold voltage value of the thin film transistor is negative, the thin film transistor tends to be a so-called normally-on TFT through which a current flows between the source electrode and the drain electrode even when the gate voltage is 0 V. In an active matrix display device, the electrical characteristics of the thin film transistors included in the circuit are important and affect the performance of the display device. In particular, among the electrical characteristics of the thin film transistor, the threshold voltage Vth is important. Even when the field effect mobility is high, if the threshold voltage value is high or a negative value, it is difficult to control the circuit. When the thin film transistor has a high threshold voltage value with a large absolute value, the thin film transistor cannot perform the switching function as a TFT when the transistor is driven at a low voltage, and may be a load. In the case of an n-channel thin film transistor, it is preferable that a channel is formed after a positive voltage is applied as the gate voltage, so that the drain current starts to flow. A transistor in which a channel is not formed when the driving voltage is not high, and a transistor in which a channel is formed even at a negative voltage and a drain current flows is not suitable as a thin film transistor used in a circuit.

가열 온도(T)로부터 감소되는 가스 분위기는, 온도가 가열 온도(T)까지 증가되는 가스 분위기와 다른 가스 분위기로 전환될 수도 있다. 예를 들어, 대기에 접촉하지 않고, 노 안을 고순도의 산소 가스 또는 N2O 가스, 초건조 공기(-40℃ 이하, 바람직하게는 -60℃ 이하의 노점을 가짐)로 채운 탈수화 또는 탈수소화를 위한 노와 동일한 노에서 서냉된다.The gas atmosphere reduced from the heating temperature T may be switched to a gas atmosphere different from the gas atmosphere in which the temperature increases to the heating temperature T. For example, dehydration or dehydrogenation in which the furnace is filled with high purity oxygen gas or N 2 O gas, ultra-dry air (with a dew point of -40°C or less, preferably -60°C or less) without contacting the atmosphere. Slowly cooled in the same furnace as for the furnace.

막에 포함된 수분을 감소시키기 위해 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리에 의해 형성되고, 수분이 포함되지 않는 분위기(-40℃ 이하, 바람직하게는 -60℃ 이하의 노점을 가짐)하에서 서냉(또는 냉각)이 실시된 산화물 반도체막을 사용하여, 박막 트랜지스터의 전기 특성이 향상되고, 양산성과 고성능이 박막 트랜지스터에 대해 제공될 수 있다.It is formed by heat treatment for dehydration or dehydrogenation in order to reduce the moisture contained in the membrane, and slow cooling (with a dew point of -40°C or less, preferably -60°C or less) in an atmosphere that does not contain moisture. Alternatively, by using the oxide semiconductor film subjected to cooling), electrical properties of the thin film transistor can be improved, and mass productivity and high performance can be provided for the thin film transistor.

본 명세서에서, 질소, 또는 희가스(아르곤 또는 헬륨과 같은)의 불활성 기체 분위기하에서의 가열 처리를 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리라고 칭한다. 본 명세서에서, 탈수소화는 가열 처리에 의해 H2의 형태의 탈리만을 칭하는 것을 아니고, 탈수화 또는 탈수소화는 또한, 편의상 H, OH 등의 탈리를 칭한다.In this specification, heat treatment of nitrogen or a noble gas (such as argon or helium) in an inert gas atmosphere is referred to as heat treatment for dehydration or dehydrogenation. In this specification, dehydrogenation does not refer to only dehydration in the form of H 2 by heat treatment, and dehydration or dehydrogenation also refers to dehydration of H, OH, or the like for convenience.

질소, 또는 희가스(아르곤 또는 헬륨과 같은)의 불활성 기체 분위기하에서 가열 처리가 실시되는 경우에서, 가열 처리는 산화물 반도체층의 저항을 감소시키기 위해 산화물 반도체층을 산소 결핍형 층으로 만들어서, 산화물 반도체층은 n-형(n-형과 같은) 산화물 반도체층이 된다.In the case where the heat treatment is carried out under an inert gas atmosphere of nitrogen or a rare gas (such as argon or helium), the heat treatment makes the oxide semiconductor layer into an oxygen-deficient layer in order to reduce the resistance of the oxide semiconductor layer, so that the oxide semiconductor layer Becomes an n-type ( such as n- type) oxide semiconductor layer.

또한, 드레인 전극층과 겹치고 산소 결핍형인 고저항 드레인 영역(또한 HRD(high resistance drain) 영역으로 칭함)이 형성된다. 또한, 소스 전극층과 겹치고 산소 결핍형인 고저항 소스 영역(또한 HRS(high resistance source) 영역으로 칭함)이 형성된다.Further, a high resistance drain region (also referred to as a high resistance drain (HRD) region) overlapping with the drain electrode layer and having an oxygen deficiency type is formed. Further, a high resistance source region (also referred to as a high resistance source (HRS) region) overlapping with the source electrode layer and having an oxygen depletion type is formed.

구체적으로는, 고저항 드레인 영역의 캐리어 농도는, 1×1018/cm3 이상이고, 적어도 채널 형성 영역의 캐리어 농도(1×1018/cm3 미만)보다 높다. 본 명세서에서의 캐리어 농도는, 실온에서 홀 효과(Hall effect) 측정에 의해 획득된 캐리어 농도의 값을 칭한다.Specifically, the carrier concentration in the high-resistance drain region is 1×10 18 /cm 3 or more, and is at least higher than the carrier concentration in the channel formation region (less than 1×10 18 /cm 3 ). The carrier concentration in the present specification refers to a value of the carrier concentration obtained by measuring the Hall effect at room temperature.

또한, 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층의 적어도 일부는 산소 과잉 상태로 되어, 더 높은 저항을 가져, 즉, i-형화되어서, 채널 형성 영역이 형성된다. 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층을 산소 과잉 상태로 만드는 처리로서, 아래의 처리: 스퍼터링법(스퍼터링으로 또한 칭함)에 의한 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층과 접촉하는 산화물 절연막의 성막; 산화물 절연막의 성막 후의 가열 처리; 산화물 절연막의 성막 후에, 불활성 가스 분위기에서의 가열 처리 후 산소 분위기 또는 초건조 공기(-40℃ 이하, 바람직하게는 -60℃ 이하의 노점을 가짐)에서 냉각 처리 등이 실시된다.In addition, at least a part of the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer becomes oxygen-excessive, has a higher resistance, i.e., becomes i-shaped, so that a channel formation region is formed. A treatment for bringing the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer into an oxygen-excessive state, the following treatment: formation of an oxide insulating film in contact with the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer by a sputtering method (also referred to as sputtering); Heat treatment after the oxide insulating film is formed; After the oxide insulating film is formed, a cooling treatment or the like is performed in an oxygen atmosphere or ultra-dry air (having a dew point of -40°C or less, preferably -60°C or less) after heat treatment in an inert gas atmosphere.

또한, 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층의 적어도 일부(게이트 전극층과 겹치는 부분)를 채널 형성 영역으로 만들기 위한, 산화물 반도체층은 선택적으로 산소 과잉 상태로 됨으로써, 고저항화, 즉, i-형이 된다. 채널 형성 영역은, Ti 등의 금속 전극을 사용하여 형성된 소스 및 드레인 전극층들이 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층상에 접촉하여 형성되고, 소스 및 드레인 전극층들과 겹치지 않는 노출 영역이 선택적으로 산소 과잉 상태로 되는 방식으로 형성될 수 있다. 노출 영역이 선택적으로 산소 과잉 상태로 되는 경우에서, 소스 전극층과 겹치는 고저항 소스 영역 및 드레인 전극층과 겹치는 고저항 드레인 영역이 형성되어 고저항 소스 영역과 고저항 드레인 영역 사이에 채널 형성 영역이 형성된다. 즉, 채널 형성 영역의 채널 길이는 소스 및 드레인 전극층들과 자기 정합된다.In addition, for making at least a portion of the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer (a portion overlapping with the gate electrode layer) as a channel formation region, the oxide semiconductor layer is selectively brought into an oxygen-excessive state, resulting in high resistance, that is, i-type Becomes. The channel formation region is formed by contacting the source and drain electrode layers formed using a metal electrode such as Ti on the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer, and an exposed region that does not overlap the source and drain electrode layers is selectively oxygen-excessive. It can be formed in a way. When the exposed region is selectively in an oxygen-excessive state, a high resistance source region overlapping the source electrode layer and a high resistance drain region overlapping the drain electrode layer are formed to form a channel formation region between the high resistance source region and the high resistance drain region. . That is, the channel length of the channel formation region is self-matched with the source and drain electrode layers.

이러한 방식으로, 높은 전기 특성 및 높은 신뢰성을 갖는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치가 제공될 수 있다.In this way, a semiconductor device including a thin film transistor having high electrical properties and high reliability can be provided.

드레인 전극층과 겹치는 산화물 반도체층에 고저항 드레인 영역을 형성함으로써, 구동 회로가 형성되는 경우에 신뢰성이 향상될 수 있다. 구체적으로는, 고저항 드레인 영역을 형성함으로써, 도전성이 고저항 드레인 영역을 통해 드레인 전극층으로부터 채널 형성 영역까지 단계적으로 변화할 수 있다. 따라서, 박막 트랜지스터가 고전원 전위(VDD)를 공급하는 배선에 접속된 드레인 전극층으로 동작하는 경우에서, 고저항 드레인 영역은, 게이트 전극층과 드레인 전극층과의 사이에 고전계가 인가되는 경우에도 버퍼로서 기능하고 고전계가 국소적으로 인가되지 않아서, 박막 트랜지스터의 내압이 향상될 수 있다.By forming a high-resistance drain region in the oxide semiconductor layer overlapping the drain electrode layer, reliability can be improved when a driving circuit is formed. Specifically, by forming the high-resistance drain region, the conductivity can be changed stepwise from the drain electrode layer to the channel formation region through the high-resistance drain region. Therefore, in the case where the thin film transistor operates as a drain electrode layer connected to a wiring supplying a high power potential (VDD), the high resistance drain region functions as a buffer even when a high electric field is applied between the gate electrode layer and the drain electrode layer. And since the high electric field is not applied locally, the breakdown voltage of the thin film transistor can be improved.

또한, 드레인 전극층 및 소스 전극층과 겹치는 산화물 반도체층에 고저항 드레인 영역 및 고저항 소스 영역을 형성함으로써, 구동 회로가 형성되는 경우에 채널 형성 영역에서의 누설 전류의 감소가 달성될 수 있다. 구체적으로는, 고저항 드레인 영역을 형성함으로써, 트랜지스터의 드레인 전극층과 소스 전극층 사이의 누설 전류는, 드레인 전극층, 드레인 전극층측상의 고저항 드레인 영역, 채널 형성 영역, 소스 전극층측상의 고저항 소스 영역, 및 소스 전극층을 통해 이러한 순서로 흐른다. 이러한 경우에, 채널 형성 영역에서, 드레인 전극층측상의 고저항 드레인 영역으로부터 채널 영역으로 흐르는 누설 전류는, 트랜지스터가 오프될 때 고저항을 갖는 게이트 절연층과 채널 형성 영역 사이의 계면 근처에 집중될 수 있어서, 백 채널부(게이트 전극층으로부터 이격된 채널 형성 영역의 표면의 일부)에서의 누설 전류의 양이 감소될 수 있다.Further, by forming the high resistance drain region and the high resistance source region in the oxide semiconductor layer overlapping the drain electrode layer and the source electrode layer, a reduction in leakage current in the channel formation region can be achieved when a driving circuit is formed. Specifically, by forming the high-resistance drain region, the leakage current between the drain electrode layer and the source electrode layer of the transistor is determined by the drain electrode layer, the high resistance drain region on the drain electrode layer side, the channel formation region, the high resistance source region on the source electrode layer side, and And flow in this order through the source electrode layer. In this case, in the channel formation region, the leakage current flowing from the high resistance drain region on the drain electrode layer side to the channel region can be concentrated near the interface between the high resistance gate insulating layer and the channel formation region when the transistor is turned off. Thus, the amount of leakage current in the back channel portion (a part of the surface of the channel formation region spaced apart from the gate electrode layer) can be reduced.

또한, 소스 전극층과 겹치는 고저항 소스 영역 및 드레인 전극층과 겹치는 고저항 드레인 영역은, 게이트 전극층의 폭에 의존하더라도, 게이트 전극층의 일부와 게이트 절연층이 개재되어 서로 겹치고, 드레인 전극층의 단부 근처의 전계의 강도가 더욱 효율적으로 감소될 수 있다.In addition, the high-resistance source region overlapping the source electrode layer and the high-resistance drain region overlapping the drain electrode layer, even depending on the width of the gate electrode layer, overlap each other with a portion of the gate electrode layer interposed therebetween, and the electric field near the end of the drain electrode layer. The strength of the can be reduced more efficiently.

또한, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이에 산화물 도전층이 형성될 수도 있다. 산화물 도전층은, 성분으로서 산화 아연을 포함하고, 산화 인듐을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄, 산질화 아연 알루미늄, 산화 아연 갈륨 등이 사용될 수 있다. 산화물 도전층은 또한, 저저항 드레인(LRD, 또한 LRN(low resistance n-type conductivity)으로 칭함)영역으로서 기능한다. 구체적으로는, 저저항 드레인 영역의 캐리어 농도는, 고저항 드레인 영역(HRD 영역)의 캐리어 농도보다 높고, 예를 들어 1×1020/cm3 이상 1×1021/cm3 이하의 범위인 것이 바람직하다. 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이에 산화물 도전층의 제공은, 접촉 저항을 감소시킬 수 있고, 트랜지스터의 고속 동작을 실현할 수가 있다. 따라서, 주변 회로(구동 회로)의 주파수 특성이 향상될 수 있다.Further, an oxide conductive layer may be formed between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers. It is preferable that the oxide conductive layer contains zinc oxide as a component and does not contain indium oxide. For example, zinc oxide, zinc aluminum oxide, zinc aluminum oxynitride, zinc gallium oxide, and the like may be used. The oxide conductive layer also functions as a low resistance drain (LRD, also referred to as LRN (low resistance n-type conductivity)) region. Specifically, the carrier concentration in the low-resistance drain region is higher than the carrier concentration in the high-resistance drain region (HRD region), for example, in the range of 1×10 20 /cm 3 or more and 1×10 21 /cm 3 or less. desirable. Providing an oxide conductive layer between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers can reduce the contact resistance and realize high-speed operation of the transistor. Accordingly, the frequency characteristics of the peripheral circuit (driving circuit) can be improved.

산화물 도전층, 및 소스 및 드레인 전극층들을 형성하기 위한 금속 층은 연속적으로 형성될 수 있다.The oxide conductive layer and the metal layer for forming the source and drain electrode layers may be formed continuously.

상술한 제 1 배선 및 제 2 배선은, LRN 영역 또는 LRD 영역으로서 기능하는 산화물 도전층과 동일한 재료와 금속 재료를 적층함으로써 형성되는 배선을 사용하여 형성될 수도 있다. 금속과 산화물 도전층을 적층함으로써, 하층 배선과 겹치는 부분 또는 개구와 같은 단차에서의 피복성이 향상될 수 있어서, 배선 저항이 낮아질 수 있다. 또한, 마이그레이션(migration) 등에 의한 배선의 저항에서의 국소적 증가 및 배선의 단선이 방지되는 것으로 기대될 수 있어서, 고신뢰성을 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.The first wiring and the second wiring described above may be formed using wiring formed by laminating the same material and metal material as the oxide conductive layer functioning as the LRN region or the LRD region. By laminating the metal and the oxide conductive layer, the coverage at a step such as a portion or an opening that overlaps with the lower layer wiring can be improved, so that wiring resistance can be lowered. In addition, it can be expected that a local increase in resistance of the wiring and disconnection of the wiring due to migration or the like can be prevented, so that a semiconductor device having high reliability can be provided.

또한, 상술한 제 1 배선과 제 2 배선 사이의 접속에 관하여, 산화물 도전층이 그 사이에 제공될 수도 있어서, 접속부(콘택트부)에서의 금속 표면상의 절연성 산화물의 형성으로 인한 접촉 저항의 증가가 방지되는 것으로 기대될 수 있어서, 고신뢰성을 갖는 산화물 반도체 장치가 제공될 수 있다.Further, with regard to the connection between the first wiring and the second wiring described above, an oxide conductive layer may be provided therebetween, so that the increase in contact resistance due to the formation of insulating oxide on the metal surface at the connection portion (contact portion) is reduced. As it can be expected to be prevented, an oxide semiconductor device having high reliability can be provided.

박막 트랜지스터가 정전기 등에 의해 쉽게 파괴되기 때문에, 게이트선 또는 소스선에 대해, 화소부에 포함된 박막 트랜지스터의 보호용의 보호 회로가 화소부에 대한 기판과 동일한 기판 위에 제공되는 것이 바람직하다. 보호 회로는 산화물 반도체층을 사용한 비선형 소자를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.Since the thin film transistor is easily destroyed by static electricity or the like, it is preferable that a protection circuit for protecting the thin film transistor included in the pixel portion, for the gate line or the source line, is provided on the same substrate as the substrate for the pixel portion. It is preferable that the protection circuit is formed using a nonlinear element using an oxide semiconductor layer.

본 명세서에서 "제 1" 및 "제 2"와 같은 서수들은 편의상 사용되고, 단계들의 순서 또는 층들의 적층 순서를 나타내는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서의 서수들은 본 발명을 특정하기 위한 특정한 명칭을 나타내는 것이 아니다.In the present specification, ordinal numbers such as "first" and "second" are used for convenience, and do not indicate the order of steps or the order of stacking layers. In addition, ordinal numbers in the present specification do not indicate a specific name for specifying the present invention.

산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터는 전자 장치 또는 광 장치에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터는, 액정 표시 장치, 발광 장치, 전자 페이퍼의 스위칭 소자 등으로서 사용될 수 있다.A thin film transistor using an oxide semiconductor layer can be used for an electronic device or an optical device. For example, a thin film transistor using an oxide semiconductor layer can be used as a liquid crystal display device, a light emitting device, a switching element for electronic paper, or the like.

표시 장치에 한정되지 않고, 고전력 제어용의 절연 게이트 반도체 장치들, 특히, 파워 MOS 장치로 칭하는 반도체 장치가 제작될 수 있다. 파워 MOS 장치의 예로서, MOSFET, IGBT 등이 제공될 수 있다.The display device is not limited to, and insulated gate semiconductor devices for high power control, in particular, semiconductor devices referred to as power MOS devices can be fabricated. As an example of a power MOS device, a MOSFET, an IGBT, or the like can be provided.

산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치로서, 적은 기생 용량 및 저소비 전력을 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.As a semiconductor device having a thin film transistor using an oxide semiconductor layer, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and low power consumption can be provided.

산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치로서, 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.As a semiconductor device having a thin film transistor using an oxide semiconductor layer, a semiconductor device having high reliability can be provided.

도 1a1, 도 1a2 및 도 1b는 반도체 장치들을 예시한 도면.
도 2a 내지 도 2f는 반도체 장치를 제작하는 방법을 예시한 도면.
도 3a1, 도 3a2 및 도 3b는 반도체 장치들을 예시한 도면.
도 4a 내지 도 4f는 반도체 장치를 제작하는 방법을 예시한 도면.
도 5a 내지 도 5f는 반도체 장치를 제작하는 방법을 예시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 반도체 장치들을 예시한 도면.
도 7은 반도체 장치를 예시한 도면.
도 8은 반도체 장치를 예시한 도면.
도 9는 반도체 장치를 예시한 도면.
도 10은 반도체 장치를 예시한 도면.
도 11은 반도체 장치의 화소의 등가 회로를 예시한 도면.
도 12a 내지 도 12c는 반도체 장치들을 예시한 도면.
도 13a 및 도 13b는 반도체 장치를 예시한 도면.
도 14a 내지 도 14c는 반도체 장치를 예시한 도면.
도 15는 반도체 장치를 예시한 도면.
도 16은 반도체 장치를 예시한 도면.
도 17은 반도체 장치를 예시한 도면.
도 18은 반도체 장치의 화소의 등가 회로를 예시한 도면.
도 19는 반도체 장치를 예시한 도면.
도 20a 및 도 20b는 전자기기를 예시한 도면.
도 21a 및 도 21b는 전자기기를 예시한 도면.
도 22는 전자기기를 예시한 도면.
도 23은 전자기기를 예시한 도면.
도 24는 전자기기를 예시한 도면.
도 25a 내지 도 25d는 다계조 마스크를 예시한 도면.
도 26은 시뮬레이션의 결과를 예시한 도면.
도 27은 시뮬레이션의 결과를 예시한 도면.
1A1, 1A2, and 1B are diagrams illustrating semiconductor devices.
2A to 2F are diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device.
3A1, 3A2, and 3B are diagrams illustrating semiconductor devices.
4A to 4F are diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device.
5A to 5F are diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device.
6A and 6B are diagrams illustrating semiconductor devices.
7 is a diagram illustrating a semiconductor device.
8 is a diagram illustrating a semiconductor device.
9 is a diagram illustrating a semiconductor device.
10 is a diagram illustrating a semiconductor device.
11 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a pixel of a semiconductor device.
12A to 12C are diagrams illustrating semiconductor devices.
13A and 13B are diagrams illustrating a semiconductor device.
14A to 14C are diagrams illustrating a semiconductor device.
15 is a diagram illustrating a semiconductor device.
16 is a diagram illustrating a semiconductor device.
17 is a diagram illustrating a semiconductor device.
18 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a pixel of a semiconductor device.
19 is a diagram illustrating a semiconductor device.
20A and 20B are diagrams illustrating an electronic device.
21A and 21B are diagrams illustrating an electronic device.
22 is a diagram illustrating an electronic device.
23 is a diagram illustrating an electronic device.
24 is a diagram illustrating an electronic device.
25A to 25D are diagrams illustrating a multi-gradation mask.
26 is a diagram illustrating a result of a simulation.
27 is a diagram illustrating a result of a simulation.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 더욱 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않고, 여기에 개시된 형태 및 상세가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변경될 수 있다는 것이 당업자에 의해 쉽게 이해된다. 따라서, 본 발명은 실시형태의 설명에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, it is readily understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the description below, and that the forms and details disclosed herein may be changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not to be construed as being limited to the description of the embodiment.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

실시형태 1에서, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 일 실시형태가 도 1a1 및 도 1a2, 도 1b, 도 2a 내지 도 2f, 및 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명될 것이다.In Embodiment 1, an embodiment of a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device will be described with reference to Figs. 1A1 and 1A2, 1B, 2A to 2F, and Figs. 6A and 6B.

도 1a1 및 도 1a2는 반도체 장치의 평면 구조의 일례를 예시하고. 도 1b는 반도체 장치의 단면 구조의 일례를 예시한다. 도 1a2 및 도 1b에 도시된 박막 트랜지스터(410)는 채널 에칭형으로 불리는 보텀-게이트 구조의 종류이며, 역스태거형(inverted staggered) 박막 트랜지스터라고 또한 불린다.1A1 and 1A2 illustrate an example of a planar structure of a semiconductor device. 1B illustrates an example of a cross-sectional structure of a semiconductor device. The thin film transistor 410 shown in FIGS. 1A2 and 1B is a type of a bottom-gate structure called a channel etching type, and is also called an inverted staggered thin film transistor.

도 1a1은, 게이트 배선층(게이트 전극층과 동일한 단계에 의해 형성됨)과 소스 배선층(배선층과 동일한 단계에 의해 형성됨) 사이의 교차부의 평면도이고, 도 1a2는 채널 에칭형 박막 트랜지스터(410)의 평면도이며, 도 1b는 도 1a1 및 도 1a2에서의 선 C1-C2 및 선 D1-D2을 따른 단면도이다.1A1 is a plan view of an intersection between a gate wiring layer (formed by the same step as the gate electrode layer) and a source wiring layer (formed by the same step as the wiring layer), and FIG. 1A2 is a plan view of a channel etching type thin film transistor 410, 1B is a cross-sectional view taken along lines C1-C2 and D1-D2 in FIGS. 1A1 and 1A2.

채널 에칭형 박막 트랜지스터인 박막 트랜지스터(410)는, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극층(411), 게이트 절연층(402), 적어도 채널 형성 영역(413), 고저항 소스 영역(414a), 및 고저항 드레인 영역(414b)을 포함하는 산화물 반도체층(412), 소스 전극층(415a), 및 드레인 전극층(415b)을 포함한다. 또한, 박막 트랜지스터(410)를 커버하고, 채널 형성 영역(413)과 접촉하는 산화물 절연층(407)이 제공되고, 그 위에 보호 절연층(408)이 제공된다.The thin film transistor 410, which is a channel etching type thin film transistor, has a gate electrode layer 411, a gate insulating layer 402, at least a channel formation region 413, and a high resistance source region 414a on a substrate 400 having an insulating surface. ), and an oxide semiconductor layer 412 including a high resistance drain region 414b, a source electrode layer 415a, and a drain electrode layer 415b. In addition, an oxide insulating layer 407 covering the thin film transistor 410 and in contact with the channel formation region 413 is provided, and a protective insulating layer 408 is provided thereon.

산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)에는, 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)에 이르는 개구들(콘택트 홀들)이 형성된다. 배선층들(417a 및 418a)이 개구들 중 하나에 형성되고, 배선층들(417b 및 418b)이 개구들 중 다른 하나에 형성된다. 교차부에서, 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)이 게이트 절연층(402), 산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)을 그 사이에 개재하여 적층된다.Openings (contact holes) reaching the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b are formed in the oxide insulating layer 407 and the protective insulating layer 408. Wiring layers 417a and 418a are formed in one of the openings, and wiring layers 417b and 418b are formed in the other of the openings. At the intersection, the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 are stacked with the gate insulating layer 402, the oxide insulating layer 407, and the protective insulating layer 408 interposed therebetween.

이러한 방식으로, 게이트 전극층(게이트 배선층)은 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속되는 배선층과, 박막 트랜지스터의 산화물 반도체층을 커버하는 절연층 및 게이트 절연층을 그 사이에 개재하여 교차한다. 박막 트랜지스터의 게이트 전극층이 산화물 반도체층 위에서 소스 전극층 및 드레인 전극층과 부분적으로 겹친다는 점을 제외하고, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 또는 드레인 전극층의 적층 구조가 형성되지 않는다.In this way, the gate electrode layer (gate wiring layer) intersects the wiring layer electrically connected to the source electrode layer or the drain electrode layer, the insulating layer covering the oxide semiconductor layer of the thin film transistor, and the gate insulating layer therebetween. A stacked structure of a gate electrode layer, a gate insulating layer, and a source or drain electrode layer is not formed, except that the gate electrode layer of the thin film transistor partially overlaps the source electrode layer and the drain electrode layer on the oxide semiconductor layer.

따라서, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 또는 드레인 전극층의 적층 구조에 의해 형성되는 기생 용량이 감소될 수 있어서, 반도체 장치의 저전력 소비가 실현될 수 있다.Accordingly, the parasitic capacitance formed by the stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source or drain electrode layer can be reduced, so that low power consumption of the semiconductor device can be realized.

박막 트랜지스터(410)가 단일 게이트 박막 트랜지스터로서 설명되지만, 필요에 따라, 복수의 채널 형성 영역을 포함하는 멀티 게이트 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다.Although the thin film transistor 410 is described as a single gate thin film transistor, a multi-gate thin film transistor including a plurality of channel formation regions may be formed if necessary.

이하, 도 2a 내지도 2f를 참조하여 기판 위에 박막 트랜지스터(410)를 형성하는 단계가 설명된다.Hereinafter, a step of forming the thin film transistor 410 on the substrate will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.

먼저, 도전막이 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 형성되고, 제 1 포토리소그래피 단계가 실시되어, 게이트 전극층(411) 및 게이트 배선층(421)이 형성된다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 수도 있다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 때 포토마스크(photomask)가 사용되지 않고, 이것은 제작 비용의 절감을 발생시킨다.First, a conductive film is formed on a substrate 400 having an insulating surface, and a first photolithography step is performed to form a gate electrode layer 411 and a gate wiring layer 421. The resist mask may be formed by an ink jet method. When the resist mask is formed by the inkjet method, a photomask is not used, which leads to a reduction in manufacturing cost.

나중에 실시되는 가열 처리에 견디는 내열성을 갖는 한은, 절연 표면을 갖는 기판(400)으로서 사용될 수 있는 기판에 대해 특별한 제한은 없다. 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 등의 유리 기판이 사용될 수 있다.There is no particular limitation on the substrate that can be used as the substrate 400 having an insulating surface as long as it has heat resistance to withstand the heat treatment performed later. A glass substrate such as barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass may be used.

나중에 실시된 가열 처리의 온도가 높을 때, 730℃ 이상의 변형점을 갖는 기판이 유리 기판으로서 사용되는 것이 바람직하다. 유리 기판의 재료로서, 예를 들어, 알루미노실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리 또는 바륨보로실리케이트 유리와 같은 유리 재료가 사용된다. 붕산보다 대량의 산화 바륨(BaO)을 함유함으로써, 유리 기판은 내열성이고 보다 실용적이다. 따라서, BaO의 양이 B2O3의 양보다 크도록 BaO 및 B2O3를 함유하는 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하다.When the temperature of the heat treatment performed later is high, it is preferable that a substrate having a strain point of 730°C or higher is used as the glass substrate. As the material of the glass substrate, for example, a glass material such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass or barium borosilicate glass is used. By containing a larger amount of barium oxide (BaO) than boric acid, the glass substrate is heat resistant and more practical. Therefore, it is desirable that the amount of BaO using a glass substrate containing BaO and B 2 O 3 is greater than the amount of B 2 O 3.

상술한 유리 기판 대신에, 세라믹 기판, 석영 기판, 또는 사파이어 기판과 같은 절연체를 사용하여 형성된 기판이 또한 사용될 수도 있다. 대안적으로, 결정화 유리 등이 사용될 수 있다.Instead of the glass substrate described above, a substrate formed using an insulator such as a ceramic substrate, a quartz substrate, or a sapphire substrate may also be used. Alternatively, crystallized glass or the like can be used.

하지막(base film)으로서 기능하는 절연막이 기판(400), 게이트 전극층(411) 및 게이트 배선층(421) 사이에 제공될 수도 있다. 하지막은 기판(400)으로부터의 불순물 원소의 확산을 방지하는 기능을 갖고, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 및 산화 질화 실리콘막 중 하나 이상을 사용하여 단층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.An insulating film functioning as a base film may be provided between the substrate 400, the gate electrode layer 411, and the gate wiring layer 421. The underlying film has a function of preventing diffusion of impurity elements from the substrate 400, and is formed to have a single layer or a stacked structure using one or more of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, and a silicon oxynitride film. Can be.

게이트 전극층(411) 및 게이트 배선층(421)은 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐과 같은 금속 재료, 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로서 함유하는 합금 재료를 사용하여 단층 구조 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.The gate electrode layer 411 and the gate wiring layer 421 are single-layered using a metal material such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component. It may be formed to have a structure or a stacked structure.

다음으로, 게이트 절연층(402)이 게이트 전극층(411) 및 게이트 배선층(421) 위에 형성된다.Next, a gate insulating layer 402 is formed over the gate electrode layer 411 and the gate wiring layer 421.

게이트 절연층(402)은 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해 산화 실리콘층, 질화 실리콘층, 산화 질화 실리콘층, 질화 산화 실리콘층, 또는 산화 알루미늄층의 단층 또는 그것의 적층을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화 질화 실리콘층은 플라즈마 CVD법에 의해 성막 가스로서 SiH4, 산소 및 질소를 사용하여 형성될 수도 있다. 게이트 절연층(402)의 두께는, 100 nm 이상 500 nm 이하이고, 적층의 경우에서는, 예를 들어, 50 nm 이상 200 nm 이하의 두께를 갖는 제 1 게이트 절연층 및 5 nm 이상 300 nm 이하의 두께를 갖는 제 2 게이트 절연층이 적층된다.The gate insulating layer 402 may be formed to have a single layer of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride oxide layer, or an aluminum oxide layer or a stack thereof by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. For example, the silicon oxynitride layer may be formed using SiH 4 , oxygen and nitrogen as a film forming gas by a plasma CVD method. The thickness of the gate insulating layer 402 is 100 nm or more and 500 nm or less, and in the case of lamination, for example, a first gate insulating layer having a thickness of 50 nm or more and 200 nm or less and 5 nm or more and 300 nm or less. A second gate insulating layer having a thickness is deposited.

본 실시형태에서, 200 nm 이하의 두께를 갖는 질화 실리콘층이 플라즈마 CVD법에 의해 게이트 절연층(402)으로서 형성된다.In this embodiment, a silicon nitride layer having a thickness of 200 nm or less is formed as the gate insulating layer 402 by the plasma CVD method.

다음으로, 산화물 반도체층(440)이 게이트 절연층(402) 위에 2 nm 이상 200 nm 이하의 두께로 형성된다. 산화물 반도체막(440)이 형성된 후에 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리가 실시될 때에도 비정질 상태로 유지하기 위해 산화물 반도체막(440)은 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하다. 산화물 반도체막의 두께로 인해, 산화물 반도체층의 형성 후에 가열 처리가 실시될 때, 산화물 반도체막이 결정화되는 것이 방지될 수 있다.Next, the oxide semiconductor layer 440 is formed on the gate insulating layer 402 to a thickness of 2 nm or more and 200 nm or less. After the oxide semiconductor film 440 is formed, it is preferable that the oxide semiconductor film 440 is as thin as 50 nm or less in order to maintain the amorphous state even when heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed. Due to the thickness of the oxide semiconductor film, crystallization of the oxide semiconductor film can be prevented when a heat treatment is performed after the formation of the oxide semiconductor layer.

산화물 반도체막(440)이 스퍼터링법에 의해 형성되기 전에, 아르곤 가스가 도입되고 플라즈마가 발생되는 역스퍼터링에 의해, 게이트 절연층(402)의 표면상의 먼지가 제거되는 것이 바람직하다. 역스퍼터링은, 타겟측에 전압을 인가하지 않고, 아르곤 분위기하에서 기판측에 전압의 인가를 위해 RF 전원이 사용되어 기판 근처에 플라즈마를 발생시켜 표면의 품질을 변화시키는 방법을 칭한다. 아르곤 분위기 대신에 질소, 헬륨, 산소 등이 사용될 수도 있다.Before the oxide semiconductor film 440 is formed by the sputtering method, it is preferable that dust on the surface of the gate insulating layer 402 is removed by reverse sputtering in which argon gas is introduced and plasma is generated. Reverse sputtering refers to a method in which a voltage is not applied to a target side, but an RF power source is used to apply a voltage to the substrate side in an argon atmosphere to generate plasma near the substrate to change the quality of the surface. Instead of an argon atmosphere, nitrogen, helium, or oxygen may be used.

산화물 반도체막(440)은, In-Ga-Zn-O계 비단결정막, 또는 In-Sn-Zn-O계 산화물 반도체막, In-Al-Zn-O계 산화물 반도체막, Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체막, Al-Ga-Zn-O계 산화물 반도체막, Sn-Al-Zn-O계 산화물 반도체막, In-Zn-O계 산화물 반도체막, Sn-Zn-O계 산화물 반도체막, Al-Zn-O계 산화물 반도체막, In-O계 산화물 반도체막, Sn-O계 산화물 반도체막, 또는 Zn-O계 산화물 반도체막을 사용하여 형성된다.The oxide semiconductor film 440 is an In-Ga-Zn-O-based non-single crystal film, or an In-Sn-Zn-O-based oxide semiconductor film, an In-Al-Zn-O-based oxide semiconductor film, and Sn-Ga-Zn- O-based oxide semiconductor film, Al-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor film, Sn-Al-Zn-O-based oxide semiconductor film, In-Zn-O-based oxide semiconductor film, Sn-Zn-O-based oxide semiconductor film, It is formed using an Al-Zn-O-based oxide semiconductor film, an In-O-based oxide semiconductor film, an Sn-O-based oxide semiconductor film, or a Zn-O-based oxide semiconductor film.

본 실시형태에서, 산화물 반도체막(440)은 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이러한 스테이지에서의 단면도가 도 2a에 대응한다. 또한, 산화물 반도체막(440)은, 희가스(대표적으로는 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 또는 희가스(대표적으로는 아르곤) 및 산소 분위기하에서 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 스퍼터링법을 사용하는 경우에, SiO2를 2 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함하는 타겟을 사용하여 성막이 실시되어, 결정화를 저해하는 SiOx(X>0)가 산화물 반도체막(440)에 포함되어, 이러한 방식으로, 산화물 반도체막(440)이 나중에 실시된 탈수화 또는 탈수소화에 대한 가열 처리에서 결정화되는 것이 방지될 수 있는 것이 바람직하다.In this embodiment, the oxide semiconductor film 440 is formed by a sputtering method using an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor target. The cross-sectional view at this stage corresponds to FIG. 2A. In addition, the oxide semiconductor film 440 may be formed by a sputtering method in a rare gas (typically argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or a rare gas (typically argon) and oxygen atmosphere. In the case of using the sputtering method, film formation is carried out using a target containing 2% by weight or more and 10% by weight or less of SiO 2, and SiO x (X> 0), which inhibits crystallization, is deposited on the oxide semiconductor film 440. Included, and in this way, it is preferable that the oxide semiconductor film 440 can be prevented from crystallizing in a heat treatment for dehydration or dehydrogenation performed later.

본 실시형태에서, In, Ga, 및 Zn를 포함하는 산화물 반도체 타겟(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol%], In:Ga:Zn=1:1:0.5[atom%])을 사용하여 성막이 실시된다. 성막 조건은 아래와 같이 설정되고, 기판과 타겟 사이의 거리는 100 mm이고, 압력은 0.2 Pa이고, 직류(DC) 전원은 0.5 kW이고, 분위기는 아르곤 및 산소의 혼합 분위기(아르곤:산소=30 sccm:20 sccm, 및 산소 유량비는 40%)이다. 먼지가 감소될 수 있고 막두께가 균일해질 수 있기 때문에 펄스 직류(DC) 전원을 사용하는 것이 바람직하다. In-Ga-Zn-O계 비단결정막이 5 nm 이상 200 nm 이하의 두께로 형성된다. 본 실시형태에서, 산화물 반도체막으로서, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 20 nm의 두께를 갖는 In-Ga-Zn-O계 비단결정막이 형성된다. 대안적으로, In, Ga, 및 Zn를 포함하는 산화물 반도체 타겟으로서 In:Ga:Zn=1:1:1[atom%], 또는 In:Ga:Zn=1:1:2[atom%]의 조성비를 갖는 타겟이 사용될 수 있다.In this embodiment, an oxide semiconductor target containing In, Ga, and Zn (In 2 O 3 :Ga 2 O 3 :ZnO=1:1:1 [mol%], In:Ga:Zn=1:1: 0.5 [atom%]) was used to form a film. Film formation conditions are set as follows, the distance between the substrate and the target is 100 mm, the pressure is 0.2 Pa, the direct current (DC) power is 0.5 kW, and the atmosphere is a mixed atmosphere of argon and oxygen (argon: oxygen = 30 sccm: 20 sccm, and the oxygen flow ratio is 40%). It is preferable to use a pulsed direct current (DC) power source because dust can be reduced and the film thickness can be made uniform. An In-Ga-Zn-O-based non-single crystal film is formed with a thickness of 5 nm or more and 200 nm or less. In this embodiment, an In-Ga-Zn-O-based non-single crystal film having a thickness of 20 nm is formed by sputtering using an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor target as the oxide semiconductor film. Alternatively, as an oxide semiconductor target comprising In, Ga, and Zn, In:Ga:Zn=1:1:1[atom%], or In:Ga:Zn=1:1:2[atom%] A target having a composition ratio can be used.

스퍼터링법의 예들은, 스퍼터링 전원으로서 고주파 전원이 사용되는 RF 스퍼터링법, DC 스퍼터링법, 및 바이어스가 펄스 방식으로 인가되는 펄스 DC 스퍼터링법을 포함한다. RF 스퍼터링법은 절연막을 형성하는 경우에 주로 사용되고, DC 스퍼터링법은 금속막을 형성하는 경우에서 주로 사용된다.Examples of the sputtering method include an RF sputtering method in which a high-frequency power source is used as a sputtering power source, a DC sputtering method, and a pulsed DC sputtering method in which a bias is applied in a pulse manner. The RF sputtering method is mainly used when forming an insulating film, and the DC sputtering method is mainly used when forming a metal film.

상이한 재료의 복수의 타겟이 설정될 수 있는 멀티-소스 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다. 멀티-소스 스퍼터링 장치로, 상이한 재료들의 막들이 동일한 챔버에 적층되도록 형성될 수 있거나, 복수의 종류의 재료들의 막이 동일한 챔버에 동시에 전기 방전에 의해 형성될 수 있다.A multi-source sputtering apparatus can be used in which a plurality of targets of different materials can be set. With the multi-source sputtering apparatus, films of different materials can be formed to be stacked in the same chamber, or films of plural kinds of materials can be formed in the same chamber simultaneously by electric discharge.

대안적으로, 챔버 내부에 자석 시스템을 구비하고 마그네트론 스퍼터링법을 위해 사용되는 스퍼터링 장치, 또는 글로우 방전을 사용하지 않고 마이크로파를 사용하여 발생된 플라즈마가 사용되는 ECR 스퍼터링법을 위해 사용되는 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다.Alternatively, a sputtering device provided with a magnet system inside the chamber and used for the magnetron sputtering method, or a sputtering device used for the ECR sputtering method in which plasma generated using microwaves without using glow discharge is used may be used. I can.

또한, 스퍼터링법을 사용하는 성막 방법으로서 타겟 물질과 스퍼터링 가스 성분이 성막 동안 서로 화학적으로 반응되어 그들의 화합물 박막을 형성하는 리액티브 스퍼터링법, 또는 전압이 성막 동안 기판에 또한 인가되는 바이어스 스퍼터링법이 사용될 수 있다.In addition, as a film formation method using the sputtering method, a reactive sputtering method in which a target material and a sputtering gas component are chemically reacted with each other during film formation to form a thin film of their compound, or a bias sputtering method in which a voltage is also applied to the substrate during film formation may be used. I can.

다음으로, 산화물 반도체막(440)은 제 2 포토리소그래피 단계에 의해 섬 형상 산화물 반도체층으로 가공된다. 또, 섬 형상 산화물 반도체층을 형성하기 위한 레지스트 마스크는 잉크젯법에 의해 형성될 수도 있다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 때 포토마스크가 사용되지 않기 때문에, 제작 비용을 저감 할 수 있다.Next, the oxide semiconductor film 440 is processed into an island-shaped oxide semiconductor layer by a second photolithography step. Further, the resist mask for forming the island-like oxide semiconductor layer may be formed by an ink jet method. Since the photomask is not used when the resist mask is formed by the inkjet method, manufacturing cost can be reduced.

다음으로, 산화물 반도체층이 탈수화 또는 탈수소화된다. 탈수화 또는 탈수소화를 위한 제 1 가열 처리의 온도는, 400℃ 이상 750℃ 이하, 바람직하게는 400℃ 이상 기판의 변형점 미만이다. 본 실시형태에서, 기판은 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 도입되고, 산화물 반도체층에 대해 질소 분위기하에서 1시간 동안 450℃에서 가열 처리가 실시된 후, 산화물 반도체층이 대기에 노출되지 않고, 산화물 반도체층에 물 또는 수소가 혼입하는 것이 방지된다. 이러한 방식으로, 산화물 반도체층(441)이 획득된다(도 2b 참조).Next, the oxide semiconductor layer is dehydrated or dehydrogenated. The temperature of the first heat treatment for dehydration or dehydrogenation is 400°C or more and 750°C or less, and preferably 400°C or more and less than the strain point of the substrate. In this embodiment, the substrate is introduced into an electric furnace, which is one of the heat treatment apparatuses, and after the oxide semiconductor layer is subjected to heat treatment at 450° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, the oxide semiconductor layer is not exposed to the atmosphere, and the oxide Incorporation of water or hydrogen into the semiconductor layer is prevented. In this way, an oxide semiconductor layer 441 is obtained (see Fig. 2B).

산화물 반도체막에서의 물의 제거의 메커니즘의 일례는, 아래의 반응 경로를 따라 분석되었다(산화물 반도체막에서 물뿐만 아니라 OH 또는 H의 반응). 산화물 반도체막으로서, In-Ga-Zn-O계 비정질막이 사용된다.An example of the mechanism of removal of water from the oxide semiconductor film was analyzed along the following reaction path (reaction of OH or H as well as water in the oxide semiconductor film). As the oxide semiconductor film, an In-Ga-Zn-O-based amorphous film is used.

또한, 기저 상태에서 시뮬레이션 모델의 최적의 분자 구조는 밀도 범함수 이론(DFT)을 사용하여 계산하였다. DFT에서, 총 에너지는 포텐셜 에너지, 전자들 사이의 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 및 전자들 사이의 복잡한 모든 상호작용을 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 표현된다. 또한, DFT에서, 교환 상관 상호작용은 전자 밀도로 표현된 하나의 전자 포텐셜의 범함수(즉, 다른 함수의 함수)에 의해 근사되어 고속 및 고정밀 계산을 가능하게 한다. 본 실시형태에서, 혼합 범함수인 B3LYP가 교환-상관 에너지에 관련된 각 파라미터의 중량을 규정하기 위해 사용되었다. 또한, 기저 함수로서, 인듐 원자, 갈륨 원자 및 아연 원자에는 LanL2DZ(Ne 쉘의 유효 코어 포텐셜에 split valence 기저계가 가산된 기저 함수)가 적용되고, 다른 원자에는 6-311(각각의 원자가 궤도에 대해 3개의 단축 함수를 사용한 triple split valence 기저계의 기저 함수)가 적용된다. 상기 기저 함수들에 의해, 예를 들어, 수소 원자의 경우에서, 1s ~ 3s의 궤도가 고려되고, 산소 원자의 경우에서, 1s ~ 4s 및 2p ~ 4p의 궤도가 고려된다. 또한, 계산 정밀도를 향상시키기 위해, 분극 기저계로서 p 함수 및 d 함수가 수소 원자 및 산소 원자 각각에 가산된다.In addition, the optimal molecular structure of the simulation model in the ground state was calculated using density functional theory (DFT). In DFT, the total energy is expressed as the sum of the potential energy, the electrostatic energy between electrons, the kinetic energy of the electrons, and the exchange correlation energy including all complex interactions between the electrons. In addition, in DFT, the exchange correlation interaction is approximated by a functional function of one electron potential expressed as an electron density (ie, a function of another function) to enable high-speed and high-precision calculations. In this embodiment, the blending functional B3LYP was used to define the weight of each parameter related to the exchange-correlated energy. In addition, as a basis function, LanL2DZ (a basis function obtained by adding a split valence basis system to the effective core potential of the Ne shell) is applied to the indium atom, gallium atom, and zinc atom, and 6-311 (for each valence orbital) is applied to the other atoms. The triple split valence basis function using three shortening functions) is applied. By the basis functions, for example, in the case of a hydrogen atom, an orbital of 1s to 3s is considered, and in the case of an oxygen atom, an orbital of 1s to 4s and 2p to 4p is considered. Further, in order to improve the calculation precision, a p function and a d function are added to each of the hydrogen atom and the oxygen atom as a polarization basis system.

양자 화학 계산 프로그램으로서 Gaussian 03을 사용하였다. 고성능 컴퓨터(SGI Japan, Ltd 제작, Altix 4700)가 계산을 위해 사용되었다.Gaussian 03 was used as a quantum chemistry calculation program. A high-performance computer (manufactured by SGI Japan, Ltd, Altix 4700) was used for the calculation.

탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리가 산화물 반도체막에 포함된 -OH기를 초래하여 서로 반응하여 H2O를 발생시킨다는 것이 가정된다. 따라서, 물의 생성 및 제거의 메커니즘이 도 26에 도시된 바와 같이 해석된다. 도 26에서, Zn는 2가이고, M이 Zn인 경우에서, 하나의 M-O 결합이 도 26에서 삭제된다.It is assumed that heat treatment for dehydration or dehydrogenation causes -OH groups contained in the oxide semiconductor film to react with each other to generate H 2 O. Thus, the mechanism of water generation and removal is interpreted as shown in FIG. 26. In FIG. 26, when Zn is bivalent and M is Zn, one MO bond is deleted in FIG. 26. In FIG.

도 26에서, M는 금속 원자를 나타내고, 아래의 3종류: In, Ga, 및 Zn 중 어느 하나이다. 시작 상태 1에서, -OH가 M1와 M2를 가교하기 위해 배위 결합을 형성한다. 천이 상태 2에서, -OH의 H가 다른 -OH로 전위된다. 중간체 3에서, 생성된 H2O 분자가 금속 원자와 배위 결합을 형성한다. 종료 상태 4에서, H2O 분자가 탈리되어 무한으로 멀리 이동한다.In Fig. 26, M represents a metal atom, and is any one of the following three types: In, Ga, and Zn. In the starting state 1, -OH forms a coordination bond to bridge M 1 and M 2. In transition state 2, H of -OH is displaced to another -OH. In Intermediate 3, the resulting H 2 O molecule forms a coordination bond with a metal atom. In end state 4, the H 2 O molecule is desorbed and moves farther to infinity.

(M1-M2)의 아래의 6개 조합: 1, In-In; 2, Ga-Ga; 3, Zn-Zn; 4, In-Ga; 5, In-Zn; 및 6, Ga-Zn이 존재한다. 시뮬레이션은 모든 조합에 대해 실시된다. 이러한 시뮬레이션에서, 시뮬레이션의 간략화를 위해 M'가 H로 대체되는 시뮬레이션 모델을 사용한 클러스터 계산이 이용된다.The following six combinations of (M 1 -M 2 ): 1, In-In; 2, Ga-Ga; 3, Zn-Zn; 4, In-Ga; 5, In-Zn; And 6, Ga-Zn. Simulations are run for all combinations. In this simulation, cluster calculation using a simulation model in which M'is replaced by H is used for simplicity of the simulation.

시뮬레이션에서, 도 26의 반응 경로에 대응하는 에너지 다이어그램이 획득된다. (M1-M2)의 6개의 조합들 중에, 1, In-In의 시뮬레이션 결과가 도 27에 도시된다.In the simulation, an energy diagram corresponding to the reaction path of FIG. 26 is obtained. Among the six combinations of (M 1 -M 2 ), simulation results of 1 and In-In are shown in FIG. 27.

물을 생성하는 활성화 에너지가 1.16 eV라는 것이 도 27로부터 발견된다. 생성된 물 분자의 제거에 의해, 막은 1.58 eV 만큼 불안정화된다.It is found from Fig. 27 that the activation energy to generate water is 1.16 eV. By removal of the resulting water molecules, the membrane is destabilized by 1.58 eV.

우측으로부터 좌측으로의 반응과 같이 반대 방향에서 도 27을 볼 때, 반응은 물이 산화물 반도체막으로 진입하는 반응으로서 인지될 수 있다. 이 경우에서, 금속에 배위된 물이 가수분해되어, 2개의 OH기를 생성할 때의 활성화 에너지는 0.47 eV이다.When FIG. 27 is viewed from the opposite direction, such as a reaction from right to left, the reaction can be perceived as a reaction in which water enters the oxide semiconductor film. In this case, the activation energy when water coordinated to the metal is hydrolyzed to generate two OH groups is 0.47 eV.

유사하게, (M1-M2)의 다른 조합들에 대한 반응 경로들이 분석된다. 경우들(1 내지 6)에서의 물의 생성 반응의 활성화 에너지들(Ea[eV])이 표 1에 나타난다.Similarly, reaction pathways for different combinations of (M 1 -M 2) are analyzed. Table 1 shows the activation energies (Ea[eV]) of the water generation reaction in the cases (1 to 6).

[표 1][Table 1]

물을 생성하기 위한 활성화 에너지 Ea[eV]Activation energy Ea[eV] to generate water

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1로부터, 물의 생성 반응이 1, In-In 또는 4, In-Ga에서 일어나기 쉽다는 것을 알 수 있다. 대조적으로, 물의 생성 반응은 3, Zn-Zn에서는 일어나기 어렵다. 따라서, Zn 원자를 사용한 물의 생성 반응은 일어나기 어렵다는 것이 가정될 수 있다.From Table 1, it can be seen that the water formation reaction is likely to occur in 1, In-In or 4, In-Ga. In contrast, the formation reaction of water is unlikely to occur in 3, Zn-Zn. Therefore, it can be assumed that the reaction of generating water using a Zn atom is difficult to occur.

가열 처리 장치는 전기로에 한정되지 않고, 저항 발열체와 같은 발열체로부터의 열전도 또는 열복사에 의해 피처리물을 가열하는 장치가 제공될 수도 있다. 예를 들어, GRTA(gas rapid thermal anneal) 장치 또는 LRTA(lamp rapid thermal anneal) 장치와 같은 RTA(rapid thermal anneal) 장치가 사용될 수 있다. LRTA 장치는, 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 또는 고압 수은 램프와 같은 램프로부터 발광된 광(전자파)의 복사에 의해 피처리물을 가열하는 장치이다. GRTA 장치는, 고온의 가스를 사용하여 가열 처리를 실시하는 장치이다. 기체로서, 아르곤과 같은 희가스, 또는 질소와 같은 가열 처리에 의해 처리될 피처리물과 반응하지 않는 불활성 기체가 사용된다.The heat treatment apparatus is not limited to an electric furnace, and an apparatus for heating an object to be processed by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element may be provided. For example, a rapid thermal anneal (RTA) device such as a gas rapid thermal anneal (GRTA) device or a lamp rapid thermal anneal (LRTA) device may be used. The LRTA device is a device that heats a target object by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, or a high-pressure mercury lamp. The GRTA device is a device that performs heat treatment using a high-temperature gas. As the gas, a rare gas such as argon or an inert gas that does not react with the object to be treated by heat treatment such as nitrogen is used.

예를 들어, 제 1 가열 처리로서, 기판이 650℃ 내지 700℃ 만큼 높은 고온으로 가열된 불활성 가스로 이동되어, 수 분 동안 가열되며, 고온으로 가열된 불활성 가스 외부로 이동되는 GRTA가 실시될 수도 있다. GRTA는 단시간에 의해 고온 가열 처리를 가능하게 한다.For example, as the first heat treatment, GRTA may be performed where the substrate is moved to an inert gas heated to a high temperature as high as 650°C to 700°C, heated for several minutes, and moved to the outside of the inert gas heated to a high temperature. have. GRTA enables high temperature heat treatment in a short time.

제 1 가열 처리에서, 질소, 또는 헬륨, 네온 또는 아르곤과 같은 희가스에, 물, 수소 등이 가능한 한 적게 포함되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 가열 처리 장치로 도입되는 질소, 또는 헬륨, 네온 또는 아르곤과 같은 희가스가 6 N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7 N(99.99999%) 이상의 순도를 갖고, 즉, 불순물 농도가 1 ppm 이하, 바람직하게는 0.1 ppm 이하로 설정되는 것이 바람직하다.In the first heat treatment, it is preferable that water, hydrogen, or the like is contained as little as possible in nitrogen or a rare gas such as helium, neon, or argon. Alternatively, nitrogen, or a rare gas such as helium, neon or argon, introduced into the heat treatment device has a purity of 6 N (99.9999%) or more, preferably 7 N (99.99999%) or more, i.e., an impurity concentration of 1 It is preferably set to ppm or less, preferably 0.1 ppm or less.

또한, 제 1 가열 처리의 조건, 또는 산화물 반도체층의 재료에 의존하여, 산화물 반도체막이 미결정막 또는 다결정막이 되도록 미결정화될 수도 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층은 90% 이상, 또는 80% 이상의 결정화 정도를 갖는 산화물 반도체막이 되도록 미결정화될 수도 있다. 산화물 반도체층은 제 1 가열 처리의 조건 또는 산화물 반도체층의 재료에 의존하여 결정 성분을 포함하지 않는 비정질 산화물 반도체층이 될 수도 있다. 산화물 반도체층은 비정질 산화물 반도체로 미결정부(1 nm 이상 20 nm 이하, 통상적으로는 2 nm 이상 4 nm 이하의 입경을 가짐)가 혼합되는 산화물 반도체막이 될 수도 있다. RTA(예를 들어, GRTA, LRTA)를 사용하여 고온에서 가열 처리가 실시되는 경우에서, 산화물 반도체막의 표면측에 세로 방향(막두께 방향)의 침 형상(needle-like) 결정이 생성될 수도 있다.Further, depending on the conditions of the first heat treatment or the material of the oxide semiconductor layer, the oxide semiconductor film may be microcrystalline so that it becomes a microcrystalline film or a polycrystalline film. For example, the oxide semiconductor layer may be microcrystallized to become an oxide semiconductor film having a degree of crystallization of 90% or more, or 80% or more. The oxide semiconductor layer may be an amorphous oxide semiconductor layer containing no crystal components depending on the conditions of the first heat treatment or the material of the oxide semiconductor layer. The oxide semiconductor layer may be an amorphous oxide semiconductor and may be an oxide semiconductor film in which a microcrystalline portion (having a particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less, and usually 2 nm or more and 4 nm or less) is mixed. When heat treatment is performed at a high temperature using RTA (eg, GRTA, LRTA), needle-like crystals in the longitudinal direction (film thickness direction) may be formed on the surface side of the oxide semiconductor film. .

산화물 반도체층의 제 1 가열 처리는 섬 형상의 산화물 반도체층으로 가공되기 전에 산화물 반도체막(440)상에서 실시될 수도 있다. 그 경우에서, 제 1 가열 처리 후에, 기판은 가열 장치 외부로 꺼내지고, 포토리소그래피 단계가 실시된다.The first heat treatment of the oxide semiconductor layer may be performed on the oxide semiconductor film 440 before being processed into an island-shaped oxide semiconductor layer. In that case, after the first heat treatment, the substrate is taken out of the heating apparatus, and a photolithography step is performed.

산화물 반도체층의 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리는, 임의의 아래의 타이밍들: 산화물 반도체층의 성막 후, 산화물 반도체층 위에 소스 전극 및 드레인 전극이 형성된 후, 및 소스 전극 및 드레인 전극 위에 보호 절연막이 형성된 후에 실시될 수도 있다.The heat treatment for dehydration or dehydrogenation of the oxide semiconductor layer is performed at any of the following timings: after the formation of the oxide semiconductor layer, after the source electrode and the drain electrode are formed on the oxide semiconductor layer, and protection on the source electrode and drain electrode. It may be implemented after the insulating film is formed.

또한, 게이트 절연층(402)에 콘택트 홀이 형성되는 경우에서, 콘택트 홀의 형성은 산화물 반도체막(440)의 탈수화 또는 탈수소화 전 또는 후에 실시될 수도 있다. In addition, when a contact hole is formed in the gate insulating layer 402, the contact hole may be formed before or after dehydration or dehydrogenation of the oxide semiconductor layer 440.

산화물 반도체층은, 바람직하게는 In, 더욱 바람직하게는, In 및 Ga를 함유한다. 산화물 반도체층을 i-형(진성)으로 만들기 위해, 탈수화 또는 탈수소화가 효과적이다.The oxide semiconductor layer preferably contains In, more preferably In and Ga. In order to make the oxide semiconductor layer i-type (intrinsic), dehydration or dehydrogenation is effective.

산화물 반도체막의 에칭은 웨트 에칭으로 한정되지 않고 드라이 에칭일 수도 있다.The etching of the oxide semiconductor film is not limited to wet etching and may be dry etching.

드라이 에칭을 위한 에칭 가스로서, 염소를 포함하는 가스(염소(Cl2), 염화 붕소(BCl3), 염화 규소(SiCl4), 사염화탄소(CCl4)와 같은 염소계 가소)가 사용되는 것이 바람직하다.As the etching gas for dry etching, a gas containing chlorine (chlorine-based plasticizing such as chlorine (Cl 2 ), boron chloride (BCl 3 ), silicon chloride (SiCl 4 ), carbon tetrachloride (CCl 4 )) is preferably used. .

대안적으로, 불소를 포함하는 가스(사불화 탄소(CF4), 불화 유황(SF6), 불화 질소(NF3), 트리플루오로 메탄(CHF3)과 같은 불소계 가스); 브롬화 수소(HBr), 산소(O2); 이들의 가스에 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 희가스가 첨가된 가스 등이 사용될 수 있다.Alternatively, a fluorine-containing gas (a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride (CF 4 ), sulfur fluoride (SF 6 ), nitrogen fluoride (NF 3 ), trifluoromethane (CHF 3 )); Hydrogen bromide (HBr), oxygen (O 2 ); Gas to which a rare gas such as helium (He) or argon (Ar) is added to these gases may be used.

드라이 에칭법으로서, 평행 평판 형태 RIE(reactive ion etching)법 또는 ICP(inductively coupled plasma:유도 결합형 플라즈마) 에칭법이 사용될 수 있다. 원하는 형상으로 에칭하기 위해, 에칭 조건(코일형의 전극에 인가되는 전력량, 기판측상의 전극에 인가되는 전력량, 기판측상의 전극 온도 등)이 적절하게 조절된다.As the dry etching method, a parallel plate type RIE (reactive ion etching) method or an ICP (inductively coupled plasma) etching method may be used. In order to etch into a desired shape, the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) are appropriately adjusted.

웨트 에칭에 사용된 에칭액으로서, 인산, 아세트산 및 질산을 혼합한 용액, 암모니아과수(31 중량%의 과산화수소: 28 중량%의 암모니아수:물 = 5:2:2) 등이 사용될 수 있다. 또, ITO07N(KANTO CHEMICAL CO., INC 제작)가 사용될 수도 있다.As an etchant used for wet etching, a solution of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid, ammonia peroxide (31% by weight hydrogen peroxide: 28% by weight aqueous ammonia: water = 5:2:2), and the like can be used. In addition, ITO07N (manufactured by KANTO CHEMICAL CO., INC) may be used.

웨트 에칭에 사용된 에칭액은 에칭된 재료와 함께 세정에 의해 제거된다. 에칭액 및 에칭된 재료를 포함하는 폐액이 정제될 수도 있고, 그 재료가 재사용될 수도 있다. 산화물 반도체층에 포함되는 인듐과 같은 재료가 에칭 후에 폐액으로부터 회수되어 재사용될 수도 있어서, 자원을 효율적으로 사용하고 비용을 감소시킬 수도 있다.The etchant used for wet etching is removed by cleaning together with the etched material. The waste liquid including the etchant and the etched material may be purified, and the material may be reused. A material such as indium contained in the oxide semiconductor layer may be recovered from the waste liquid after etching and may be reused, so that resources may be efficiently used and cost may be reduced.

원하는 가공 형상으로 에칭하기 위해, 재료에 의존하여 (에칭액, 에칭 시간, 온도와 같은) 에칭 조건이 적절하게 조절된다.In order to etch into the desired processing shape, the etching conditions (such as etchant, etching time, temperature) are appropriately adjusted depending on the material.

다음으로, 게이트 절연층(402) 및 산화물 반도체층(441) 위에 금속 도전막이 형성된다. 그 후, 레지스트 마스크가 제 3 포토리소그래피 단계에 의해 형성되고, 금속 도전막이 선택적으로 에칭되어 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성한 후, 레지스트 마스크가 제거된다(도 2c 참조).Next, a metal conductive film is formed over the gate insulating layer 402 and the oxide semiconductor layer 441. Thereafter, a resist mask is formed by a third photolithography step, and after the metal conductive film is selectively etched to form the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b, the resist mask is removed (see Fig. 2C).

금속 도전막의 에칭에 의해 산화물 반도체층(441)이 제거되지 않도록 각각의 재료 및 에칭 조건이 적절하게 조절된다는 것에 유의한다.Note that the respective materials and etching conditions are appropriately adjusted so that the oxide semiconductor layer 441 is not removed by etching of the metal conductive film.

본 실시형태에서, Ti 막이 금속 도전막으로서 사용되고, In-Ga-Zn-O계 산화물이 산화물 반도체층(441)에 대해 사용되고, 과산화수소 암모니아 혼합물(암모니아, 물, 및 과산화수소 용액의 혼합액)이 에칭액으로서 사용된다.In this embodiment, a Ti film is used as a metal conductive film, an In-Ga-Zn-O-based oxide is used for the oxide semiconductor layer 441, and a hydrogen peroxide ammonia mixture (a mixture of ammonia, water, and hydrogen peroxide solution) is used as the etching solution. Is used.

소스 및 드레인 전극층들은, 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각은 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다.The source and drain electrode layers are preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less in thickness, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced.

소스 및 드레인 전극층들은 높은 산소 친화성을 갖는 금속을 함유하는 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 높은 산소 친화성을 갖는 금속은, 티타늄, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 및 톨륨으로부터 선택 하나 이상의 재료인 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 소스 및 드레인 전극층 각각으로서 티타늄막이 사용된다.The source and drain electrode layers are preferably formed using a material containing a metal having high oxygen affinity. The metal having high oxygen affinity is preferably at least one material selected from titanium, aluminum, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, and thorium. In this embodiment, a titanium film is used as each of the source and drain electrode layers.

산화물 반도체층과 높은 산소 친화성을 갖는 금속층이 접촉하면서 열처리가 실시될 때, 산소 원자가 산화물 반도체층으로부터 금속층으로 이동하여, 계면 근처의 캐리어 밀도가 증가된다. 저저항 영역이 계면 근처에 형성되어, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이의 콘택트 저항을 감소시킨다.When heat treatment is performed while the oxide semiconductor layer and the metal layer having high oxygen affinity are in contact with each other, oxygen atoms move from the oxide semiconductor layer to the metal layer, thereby increasing the carrier density near the interface. A low resistance region is formed near the interface to reduce the contact resistance between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers.

소스 및 드레인 전극층들에서 내열성 도전 재료가 사용될 수도 있다. 내열성 도전 재료를 사용함으로써, 소스 및 드레인 전극층들의 형성 후에 열처리가 실시될 때에도, 소스 및 드레인 전극층들의 특성의 변화 또는 열화가 방지될 수 있다.A heat-resistant conductive material may be used in the source and drain electrode layers. By using the heat-resistant conductive material, even when heat treatment is performed after the formation of the source and drain electrode layers, the change or deterioration of the characteristics of the source and drain electrode layers can be prevented.

내열성 도전성 재료로서, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 및 스칸듐(Sc)으로부터 선택된 원소, 임의의 상기 원소들을 성분으로 포함하는 합금, 임의의 이들 원소의 조합을 포함하는 합금막, 임의의 상기 원소들을 성분으로서 포함하는 질화물 등이 사용될 수 있다. 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)와 같은 저저항 도전성 재료가 상술한 내열성 도전성 재료와 조합되는 내열성을 갖는 도전막이 사용될 수도 있다.As a heat-resistant conductive material, an element selected from titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), neodymium (Nd), and scandium (Sc), and any of the above elements An alloy containing as, an alloy film containing any combination of these elements, a nitride containing any of the above elements as a component, and the like can be used. A conductive film having heat resistance in which a low-resistance conductive material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is combined with the heat-resistant conductive material described above may be used.

소스 및 드레인 전극층들은 산화 금속층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층과 티타늄막과의 사이에 산화 티타늄막이 제공되는 구조, 또는 티타늄막(예를 들어, 0.1 nm 이상 5 nm 이하의 두께를 가짐)과 산화물 절연층 사이에 산화 티타늄막(예를 들어, 1 nm 이상 20 nm 이하의 두께를 가짐)이 제공되는 구조가 이용될 수도 있다.The source and drain electrode layers may include a metal oxide layer. For example, a structure in which a titanium oxide film is provided between an oxide semiconductor layer and a titanium film, or a titanium oxide film ( For example, a structure provided with a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less) may be used.

소스 및 드레인 전극층들이 광이 투과될 만큼 얇을 때, 소스 및 드레인 전극층들은 투광성을 갖는다.When the source and drain electrode layers are thin enough to transmit light, the source and drain electrode layers have light-transmitting properties.

제 3 포토리소그래피 단계에서, 산화물 반도체층(441)의 일부만이 에칭될 수도 있어서, 홈부(오목부)를 갖는 산화물 반도체층이 형성될 수도 있다. 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성하기 위한 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 수도 있다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 때 포토마스크가 사용되지 않고, 이것은 제작 비용의 절감을 발생시킨다.In the third photolithography step, only a part of the oxide semiconductor layer 441 may be etched, so that an oxide semiconductor layer having a groove portion (concave portion) may be formed. A resist mask for forming the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b may be formed by an ink jet method. When the resist mask is formed by the inkjet method, the photomask is not used, which causes a reduction in manufacturing cost.

포토리소그래피 단계에서 포토마스크들 및 단계들의 수를 감소시키기 위해, 에칭 단계는 복수의 강도를 갖도록 광이 투과되는 마스크인 다계조 마스크에 의해 형성된 레지스트 마스크를 사용하여 실시될 수도 있다. 다계조 마스크를 사용하여 형성된 레지스트 마스크는 복수의 두께를 갖고, 에칭함으로써 형상이 더 변화될 수 있고, 따라서, 레지스트 마스크는 상이한 패턴들로 가공하는 복수의 에칭 단계에서 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 종류의 상이한 패턴들에 대응하는 레지스트 마스크가 하나의 다계조 마스크에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 노광 마스크들의 수가 감소될 수 있고, 대응하는 포토리소그래피 단계들의 수가 또한 감소될 수 있어서, 공정의 간략화가 실현될 수 있다.In order to reduce the number of photomasks and steps in the photolithography step, the etching step may be performed using a resist mask formed by a multi-gradation mask, which is a mask through which light is transmitted so as to have a plurality of intensities. The resist mask formed using the multi-gradation mask has a plurality of thicknesses, and the shape can be further changed by etching, and thus, the resist mask can be used in a plurality of etching steps for processing into different patterns. Thus, a resist mask corresponding to at least two types of different patterns can be formed by one multi-gradation mask. In this way, the number of exposure masks can be reduced, and the number of corresponding photolithography steps can also be reduced, so that simplification of the process can be realized.

다음으로, N2O, N2, 또는 Ar 등과 같은 가스를 사용하여 플라즈마 처리가 실시된다. 이러한 플라즈마 처리에 의해, 산화물 반도체층의 노출된 표면에 부착된 흡착수 등이 제거된다. 산소와 아르곤의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리가 또한 실시될 수도 있다.Next, plasma treatment is performed using a gas such as N 2 O, N 2, or Ar. By this plasma treatment, adsorbed water and the like adhering to the exposed surface of the oxide semiconductor layer are removed. Plasma treatment may also be carried out using a mixed gas of oxygen and argon.

플라즈마 처리 후에, 산화물 반도체층의 일부와 접촉하는 보호 절연막으로서 기능하는 산화물 절연층(407)이 공기에 노출되지 않고 형성된다.After the plasma treatment, an oxide insulating layer 407 that functions as a protective insulating film in contact with a part of the oxide semiconductor layer is formed without being exposed to air.

산화물 절연층(407)은, 적어도 1 nm의 두께를 갖고, 스퍼터링법 등과 같이, 물 및 수소와 같은 불순물들이 산화물 절연층(407)에 가능한 적게 혼합되는 방법에 의해 적절하게 형성될 수 있다. 수소가 산화물 절연층(407)에 포함될 때, 산화물 반도체층에 대한 수소의 침입, 또는 수소에 의한 산화물 반도체층에서 산소의 추출이 야기되어서, 산화물 반도체층의 백채널의 저항을 낮게 만들어(n-형 도전성을 갖도록), 기생 채널이 형성된다. 따라서, 산화물 절연층(407)은 가능한 한 수소를 적게 포함하도록, 수소가 가능한 한 적게 사용되는 형성 방법이 이용된다는 것이 중요하다.The oxide insulating layer 407 has a thickness of at least 1 nm, and may be appropriately formed by a method in which impurities such as water and hydrogen are mixed in the oxide insulating layer 407 as little as possible, such as a sputtering method. When hydrogen is included in the oxide insulating layer 407, intrusion of hydrogen into the oxide semiconductor layer or extraction of oxygen from the oxide semiconductor layer by hydrogen is caused, thereby lowering the resistance of the back channel of the oxide semiconductor layer (n- Type conductivity), a parasitic channel is formed. Therefore, it is important that the oxide insulating layer 407 contains as little hydrogen as possible, and a formation method in which as little hydrogen is used as possible is used.

본 실시형태에서, 200 nm 두께의 산화 실리콘막이 스퍼터링법에 의해 산화물 절연층(407)으로서 성막된다. 성막시의 기판 온도는, 실온 이상 300℃ 이하이고, 본 실시형태에서, 온도는 100℃이다. 산화 실리콘막은 스퍼터링법에 의해 희가스(대표적으로는, 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 또는 희가스(대표적으로는, 아르곤) 및 산소를 포함하는 분위기하에서 성막될 수 있다. 타겟으로서 산화 실리콘 타겟 또는 실리콘 타겟이 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 타겟을 사용하여, 산소 및 질소를 포함하는 분위기하에서 스퍼터링법에 의해 산화 실리콘막이 형성될 수 있다. 그 저항이 감소된 산화물 반도체층과 접촉하여 형성된 산화물 절연층(407)으로서, 수분, 수소 이온, 및 OH-와 같은 불순물을 가능한 한 적게 포함하고, 외부로부터의 이들의 침입을 차단하는 무기 절연막이 사용될 수도 있고, 통상적으로, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 또는 산화 질화 알루미늄 등이 사용된다.In this embodiment, a 200 nm thick silicon oxide film is formed as the oxide insulating layer 407 by sputtering. The substrate temperature at the time of film formation is room temperature or more and 300°C or less, and in this embodiment, the temperature is 100°C. The silicon oxide film may be formed in a rare gas (typically, argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or an atmosphere containing a rare gas (typically argon) and oxygen by a sputtering method. As the target, a silicon oxide target or a silicon target may be used. For example, using a silicon target, a silicon oxide film may be formed by sputtering in an atmosphere containing oxygen and nitrogen. As the oxide insulating layer 407 formed in contact with the oxide semiconductor layer having a reduced resistance, an inorganic insulating film containing as little as possible impurities such as moisture, hydrogen ions, and OH − and blocking their invasion from the outside is provided. It may be used, and typically, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, an aluminum oxide film, or an aluminum oxide nitride film is used.

다음으로, 불활성 가스 분위기하 또는 산소 가스 분위기하에서 제 2 가열 처리(200℃ 이상 400℃ 이하의 온도, 예를 들어, 250℃ 이상 350℃ 이하의 온도에서)가 실시된다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃에서 1 시간 동안 제 2 가열 처리가 실시된다. 산화물 반도체층의 일부(채널 형성 영역)가 산화물 절연층(407)과 접촉하면서 제 2 가열 처리를 실시한다.Next, a second heat treatment (at a temperature of 200°C or more and 400°C or less, for example, 250°C or more and 350°C or less) is performed under an inert gas atmosphere or an oxygen gas atmosphere. For example, a second heat treatment is performed at 250° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A second heat treatment is performed while a part of the oxide semiconductor layer (channel formation region) is in contact with the oxide insulating layer 407.

상술한 단계들을 통해, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리가 산화물 반도체막에 대해 실시되어 저항을 감소시킨 후, 산화물 반도체막의 일부가 선택적으로 산소 과잉 상태로 된다. 그 결과, 게이트 전극층(411)과 겹치는 채널 형성 영역(413)은, I-형이 되고, 소스 전극층(415a)과 겹쳐지는 고저항 소스 영역(414a) 및 드레인 전극층(415b)과 겹쳐지는 고저항 드레인 영역(414b)이 자기 정합적으로 형성된다. 상기 공정을 통해, 박막 트랜지스터(410)가 형성된다.Through the above-described steps, after a heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed on the oxide semiconductor film to reduce the resistance, a part of the oxide semiconductor film is selectively brought into an oxygen-excess state. As a result, the channel formation region 413 overlapping the gate electrode layer 411 becomes I-type, and the high resistance overlaps the high resistance source region 414a and the drain electrode layer 415b overlapping the source electrode layer 415a. The drain region 414b is formed in a self-aligning manner. Through the above process, the thin film transistor 410 is formed.

또한, 가열 처리가 대기중에서 100℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 1시간 이상 30시간 이하의 기간 동안 실시될 수도 있다. 본 실시형태에서, 가열 처리는 150℃에서 10시간 동안 실시된다. 이 가열 처리는 고정된 가열 온도에서 실시될 수도 있고, 대안적으로, 가열 온도에서의 아래의 변화가 복수 횟수 반복적으로 실시될 수도 있다: 가열 온도가 실온으로부터 100℃ 이상 200℃의 온도로 증가되고, 그 후, 실온으로 감소된다. 이러한 가열 처리는 감압하에서 산화물 절연막의 형성 전에 실시될 수도 있다. 감압은 가열 처리가 단축될 수 있게 한다. 이러한 가열 처리로, 수소가 산화물 반도체층으로부터 산화물 절연층으로 도입되고, 따라서, 노멀리 오프 박막 트랜지스터가 획득될 수 있다. 따라서 반도체 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.Further, the heat treatment may be performed in the air at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for a period of 1 hour or more and 30 hours or less. In this embodiment, the heat treatment is performed at 150° C. for 10 hours. This heating treatment may be carried out at a fixed heating temperature, or alternatively, the following change in the heating temperature may be repeatedly carried out a plurality of times: the heating temperature is increased from room temperature to a temperature of 100° C. or more and 200° C. , Then, it is reduced to room temperature. Such heat treatment may be performed under reduced pressure before formation of the oxide insulating film. The reduced pressure allows the heat treatment to be shortened. With this heat treatment, hydrogen is introduced from the oxide semiconductor layer to the oxide insulating layer, and thus, a normally off thin film transistor can be obtained. Accordingly, the reliability of the semiconductor device can be improved.

드레인 전극층(415b)(및 소스 전극층(415a))과 겹치는 산화물 반도체층의 일부(들)에 고저항 드레인 영역(414b)(및 고저항 소스 영역(414a))을 형성함으로써, 박막 트랜지스터의 신뢰성이 향상될 수 있다. 구체적으로는, 고저항 드레인 영역(414b)의 형성에 의해, 도전성이 드레인 전극층(415b)으로부터 고저항 드레인 영역(414b) 및 채널 형성 영역으로 이러한 순서로 점진적으로 변화될 수 있다. 따라서, 트랜지스터가 고전원 전위(VDD)를 공급하는 배선에 접속된 드레인 전극층(415b)으로 동작할 때, 게이트 전극층(411)과 드레인 전극층(415b) 사이에 고전계가 인가되어도 고저항 드레인 영역이 버퍼로서 작용하여, 국소적인 고전계가 트랜지스터에 인가되지 않기 때문에, 트랜지스터는 증가된 내압을 가질 수 있다.By forming a high resistance drain region 414b (and a high resistance source region 414a) in some(s) of the oxide semiconductor layer overlapping the drain electrode layer 415b (and the source electrode layer 415a), the reliability of the thin film transistor is improved. It can be improved. Specifically, by the formation of the high resistance drain region 414b, the conductivity can be gradually changed in this order from the drain electrode layer 415b to the high resistance drain region 414b and the channel formation region. Therefore, when the transistor operates as the drain electrode layer 415b connected to the wiring supplying the high power source potential (VDD), even if a high field is applied between the gate electrode layer 411 and the drain electrode layer 415b, the high resistance drain region is buffered. As a result, since a local high electric field is not applied to the transistor, the transistor can have an increased breakdown voltage.

고저항 소스 영역 또는 고저항 드레인 영역은, 산화물 반도체층이 15 nm 이하 만큼 얇은 경우에서 산화물 반도체에서 막두께 방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있지만, 산화물 반도체층이 30 nm 이상 50 nm 이하 만큼 두꺼운 경우에, 산화물 반도체층의 일부, 즉, 소스 또는 드레인 전극층들과 접촉하는 영역 및 그 근처가 저항이 감소될 수도 있어서, 고저항 소스 영역 또는 고저항 드레인 영역이 형성되고, 게이트 절연막에 가까운 산화물 반도체층의 영역은 I-형이 될 수 있다.The high-resistance source region or the high-resistance drain region may be formed over the entire film thickness direction in the oxide semiconductor when the oxide semiconductor layer is as thin as 15 nm or less, but when the oxide semiconductor layer is as thick as 30 nm or more and 50 nm or less. , A portion of the oxide semiconductor layer, that is, a region in contact with the source or drain electrode layers, and the vicinity thereof may have a reduced resistance, so that a high resistance source region or a high resistance drain region is formed, and the oxide semiconductor layer close to the gate insulating film The region can be of type I.

보호 절연층이 산화물 절연층(407) 위에 형성될 수도 있다. 예를 들어, RF 스퍼터링법에 의해 질화 실리콘막이 형성된다. RF 스퍼터링법은, 높은 양산성으로 인해 보호 절연층의 형성 방법으로서 바람직하다. 보호 절연층은, 수분, 수소 이온, 및 OH-와 같은 불순물을 가능한 한 적게 포함하고, 이들이 외부로부터 침입하는 것을 차단하는 무기 절연막을 사용하여 형성되고, 예를 들어, 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막, 질화 산화 실리콘막, 산화 질화 알루미늄막 등이 사용된다. 본 실시형태에서, 보호 절연층(408)은 보호 절연층으로서 질화 실리콘막을 사용하여 형성된다(도 2d 참조).A protective insulating layer may be formed on the oxide insulating layer 407. For example, a silicon nitride film is formed by RF sputtering. The RF sputtering method is preferable as a method of forming a protective insulating layer due to its high mass productivity. The protective insulating layer is formed using an inorganic insulating film that contains as little as possible impurities such as moisture, hydrogen ions, and OH - and blocks them from entering from the outside, for example, a silicon nitride film, an aluminum nitride film , A silicon nitride oxide film, an aluminum oxide nitride film, and the like are used. In this embodiment, the protective insulating layer 408 is formed using a silicon nitride film as the protective insulating layer (see Fig. 2D).

다음으로, 제 4 포토리소그래피 공정이 레지스트 마스크를 형성하기 위해 실시되고, 에칭이 산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)의 일부를 제거하기 위해 선택적으로 실시되어, 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)에 이르는 개구들(442a 및 442b)이 형성된다(도 2e 참조).Next, a fourth photolithography process is performed to form a resist mask, and etching is selectively performed to remove portions of the oxide insulating layer 407 and the protective insulating layer 408, and the source electrode layer 415a and Openings 442a and 442b reaching the drain electrode layer 415b are formed (see Fig. 2E).

소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)과 접촉하도록 개구(442a 및 442b)에 적층 도전층이 스퍼터링법 또는 진공 증착법에 의해 형성되고, 레지스트 마스크가 제 5 포토리소그래피 단계에 의해 형성된다. 적층 도전층은 배선층들(417a, 417b, 418a 및 418b) 및 소스 배선층들(422 및 423)을 교차부에서 형성하기 위해 선택적으로 에칭된다(도 2f 참조).A conductive layer stacked in the openings 442a and 442b so as to contact the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b is formed by sputtering or vacuum evaporation, and a resist mask is formed by a fifth photolithography step. The stacked conductive layer is selectively etched to form wiring layers 417a, 417b, 418a and 418b and source wiring layers 422 and 423 at the intersections (see FIG. 2F).

배선층들(417a, 417b, 418a, 및 418b)은 소스 및 드레인 전극층들의 저항보다 낮은 저항들을 갖는 도전막을 사용하여 형성된다. 특히, 알루미늄, 구리, 크롬, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 네오디뮴, 또는 스칸듐과 같은 금속 재료 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로 포함하는 합금 재료를 사용하여 단층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 알루미늄막이 제 1 배선층인 배선층들(417a 및 417b) 각각으로서 사용되고, 티타늄막이 제 2 배선층들인 배선층들(418a 및 418b) 각각으로서 사용된다.The wiring layers 417a, 417b, 418a, and 418b are formed using a conductive film having resistances lower than those of the source and drain electrode layers. In particular, a metal material such as aluminum, copper, chromium, tantalum, molybdenum, tungsten, titanium, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component may be used to have a single-layer or laminated structure. In this embodiment, an aluminum film is used as each of the wiring layers 417a and 417b as the first wiring layer, and a titanium film is used as each of the wiring layers 418a and 418b as the second wiring layers.

평탄화를 위한 평탄화 절연층이 보호 절연층(408) 위에 제공될 수도 있다. 평탄화 절연층이 제공되는 예가 도 6a에 도시되어 있다. 도 6a에서, 보호 절연층(408) 위에 평탄화 절연층(409)이 형성되고, 배선층들(417a, 417b, 418a, 및 418b)은 산화물 절연층(407), 보호 절연층(408), 및 평탄화 절연층(409)에 제공된 개구들에 형성된다. 소스 배선층들(422 및 423)은 평탄화 절연층(409) 위에 형성된다. 평탄화 절연층(409)의 제공은 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)을 서로로부터 더 멀리 있게 하여, 기생 용량이 더 감소될 수 있다.A planarization insulating layer for planarization may be provided over the protective insulating layer 408. An example in which a planarization insulating layer is provided is shown in Fig. 6A. 6A, a planarization insulating layer 409 is formed on the protective insulating layer 408, and the wiring layers 417a, 417b, 418a, and 418b are an oxide insulating layer 407, a protective insulating layer 408, and planarization. It is formed in openings provided in the insulating layer 409. The source wiring layers 422 and 423 are formed on the planarization insulating layer 409. The provision of the planarization insulating layer 409 makes the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 further away from each other, so that the parasitic capacitance can be further reduced.

평탄화 절연층(409)은, 폴리이미드, 아크릴, 벤조사이클로부텐, 폴리아미드, 또는 에폭시와 같은 내열성 유기 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 유기 재료 이외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(phosphosilicate glass), BPSG(borophosphosilicate glass) 등을 사용하는 것이 가능하다. 평탄화 절연층(409)은 이들의 재료를 사용하여 형성된 복수의 절연막을 적층함으로써 형성될 수도 있다.The planarization insulating layer 409 may be formed using a heat-resistant organic material such as polyimide, acrylic, benzocyclobutene, polyamide, or epoxy. In addition to these organic materials, it is possible to use a low dielectric constant material (low-k material), a siloxane-based resin, phosphosilicate glass (PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), or the like. The planarization insulating layer 409 may be formed by laminating a plurality of insulating films formed using these materials.

실록산계 수지는 출발 재료로서 실록산계 재료를 사용하여 형성된 Si-O-Si 결합을 포함하는 수지에 대응한다. 실록산계 수지는 치환기로서는 유기기(예를 들어, 알킬기 또는 아릴기) 또는 플루오로기를 포함할 수도 있다. 유기기는 플루오로기를 포함할 수도 있다.The siloxane-based resin corresponds to a resin containing Si-O-Si bonds formed using a siloxane-based material as a starting material. The siloxane-based resin may contain an organic group (for example, an alkyl group or an aryl group) or a fluoro group as a substituent. The organic group may also contain a fluoro group.

평탄화 절연층(409)을 형성하는 방법에 대한 특별한 한정은 없고, 그 재료에 의존하여, 스퍼터링법, 스핀 코팅법, 딥핑 법, 스프레이 도포법, 액적 토출법(예를 들어, 잉크젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄), 롤 코팅법, 커튼 코팅법, 또는 나이프 코팅법 등이 사용될 수 있다.There is no particular limitation on the method of forming the planarization insulating layer 409, depending on the material, sputtering method, spin coating method, dipping method, spray coating method, droplet discharge method (e.g., inkjet method, screen printing , Offset printing), a roll coating method, a curtain coating method, or a knife coating method, and the like may be used.

대안적으로, 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 보호 절연층을 제공하지 않고, 배선층 및 소스 배선층이 산화물 절연층(407) 위에 형성될 수도 있다. 도 6b에서, 소스 배선층(422)은 산화물 절연층(407) 위에 제공되고, 배선층들(417a 및 417b)은 산화물 절연층(407)에 형성된 개구들에 제공된다. 상술한 바와 같이, 배선층은 단층 구조를 가질 수도 있다.Alternatively, as shown in FIG. 6B, without providing a protective insulating layer, a wiring layer and a source wiring layer may be formed over the oxide insulating layer 407. In FIG. 6B, the source wiring layer 422 is provided over the oxide insulating layer 407, and the wiring layers 417a and 417b are provided in openings formed in the oxide insulating layer 407. As described above, the wiring layer may have a single layer structure.

이러한 방식으로, 적은 기생 용량 및 낮은 전력 소모를 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.In this way, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and low power consumption can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.A semiconductor device having high reliability can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

실시형태 2에서, 실시형태 1과는 상이한 구조를 갖는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치의 일례가 후술된다.In Embodiment 2, an example of a semiconductor device including a thin film transistor having a structure different from that of Embodiment 1 will be described later.

도 3a1 및 도 3a2는 반도체 장치의 평면구조의 일례를 예시하고, 도 3b는 반도체 장치의 단면의 일례를 예시한다. 도 3a2 및 도 3b에 도시된 박막 트랜지스터(450)는, 채널 보호형(채널 스톱형)으로 불리는 보텀 게이트 구조의 종류이며, 역스태거형 박막 트랜지스터라고도 불린다.3A1 and 3A2 illustrate an example of a planar structure of a semiconductor device, and FIG. 3B illustrates an example of a cross section of the semiconductor device. The thin film transistor 450 shown in FIGS. 3A2 and 3B is a type of a bottom gate structure called a channel protection type (channel stop type), and is also called an inverse stagger type thin film transistor.

도 3a1은, 게이트 배선층(게이트 전극층과 동일한 단계에 의해 형성됨)과 소스 배선층(배선층과 동일한 단계에 의해 형성됨) 사이의 교차부의 평면도이고, 도 3a2는 채널 보호형 박막 트랜지스터(450)의 평면도이며, 도 3b는 도 3a1 및 도 3a2에서의 선 C3-C4 및 선 D3-D4에 따른 단면도이다.3A1 is a plan view of an intersection between a gate wiring layer (formed by the same step as the gate electrode layer) and a source wiring layer (formed by the same step as the wiring layer), and FIG. 3A2 is a plan view of the channel protection type thin film transistor 450, 3B is a cross-sectional view taken along lines C3-C4 and D3-D4 in FIGS. 3A1 and 3A2.

채널 보호형 박막 트랜지스터인 박막 트랜지스터(450)는, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극층(451), 게이트 절연층(402), 적어도 채널 형성 영역(453), 고저항 소스 영역(454a), 및 고저항 드레인 영역(454b)을 포함하는 산화물 반도체층(452), 소스 전극층(455a), 및 드레인 전극층(455b)을 포함한다. 또한, 박막 트랜지스터(450)를 커버하고, 채널 형성 영역(413)과 접촉하고, 채널 보호층으로서 기능하는 산화물 절연층(456)이 제공되고, 보호 절연층(408)이 그 위에 제공된다.The thin film transistor 450, which is a channel-protected thin film transistor, has a gate electrode layer 451, a gate insulating layer 402, at least a channel formation region 453, and a high resistance source region 454a on a substrate 400 having an insulating surface. ), and an oxide semiconductor layer 452 including a high resistance drain region 454b, a source electrode layer 455a, and a drain electrode layer 455b. In addition, an oxide insulating layer 456 that covers the thin film transistor 450 and contacts the channel formation region 413 and functions as a channel protective layer is provided, and a protective insulating layer 408 is provided thereon.

보호 절연층(408)에, 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)에 이르는 개구들(콘택트 홀들)이 형성된다. 배선층들(457a 및 458a)이 개구들 중 하나에 형성되고, 배선층들(457b 및 458b)이 개구들 중 다른 하나에 형성된다. 교차부에서, 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)이 게이트 절연층(402), 산화물 절연층(459) 및 보호 절연층(408)을 그 사이에 개재하여 적층된다.In the protective insulating layer 408, openings (contact holes) reaching the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b are formed. Wiring layers 457a and 458a are formed in one of the openings, and wiring layers 457b and 458b are formed in the other of the openings. At the intersection, the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 are stacked with the gate insulating layer 402, the oxide insulating layer 459, and the protective insulating layer 408 interposed therebetween.

교차부에서, 산화물 절연층(459)이 반드시 제공될 필요는 없지만, 산화물 절연층(459)의 제공은 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)을 서로로부터 더 멀리 떨어지게 하여, 기생 용량이 더 감소될 수 있다.At the intersection, the oxide insulating layer 459 does not necessarily have to be provided, but the provision of the oxide insulating layer 459 makes the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 further away from each other, and thus parasitic The dose can be further reduced.

산화물 절연층들(456 및 459)은 산화물 절연층을 에칭함으로써 형성될 수 있고, 실시형태 1에 설명된 산화물 절연층(407)과 동일한 제작 방법 및 재료에 의해 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 산화물 절연층은 스퍼터링법에 의해 형성되고, 포토리소그래피 단계에 의해 산화물 절연층들(456 및 459)로 가공된다.The oxide insulating layers 456 and 459 may be formed by etching the oxide insulating layer, and may be formed by the same fabrication method and material as the oxide insulating layer 407 described in Embodiment 1. In this embodiment, an oxide insulating layer is formed by a sputtering method, and processed into oxide insulating layers 456 and 459 by a photolithography step.

이러한 방식으로, 게이트 전극층(게이트 배선층)은 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속되는 배선층과 교차하고, 박막 트랜지스터를 덮는 보호 절연층 및 게이트 절연층이 그 사이에 개재된다. 박막 트랜지스터의 게이트 전극층이 산화물 반도체층 위에서 소스 전극층 및 드레인 전극층과 부분적으로 겹친다는 점을 제외하고, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 또는 드레인 전극층의 적층 구조는 형성되지 않는다.In this way, the gate electrode layer (gate wiring layer) crosses the wiring layer electrically connected to the source electrode layer or the drain electrode layer, and a protective insulating layer and a gate insulating layer covering the thin film transistor are interposed therebetween. A stacked structure of a gate electrode layer, a gate insulating layer, and a source or drain electrode layer is not formed, except that the gate electrode layer of the thin film transistor partially overlaps the source electrode layer and the drain electrode layer on the oxide semiconductor layer.

따라서, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 또는 드레인 전극층의 적층 구조에 의해 형성되는 기생 용량이 감소될 수 있어서, 반도체 장치의 낮은 전력 소비가 실현될 수 있다.Accordingly, the parasitic capacitance formed by the stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source or drain electrode layer can be reduced, so that low power consumption of the semiconductor device can be realized.

박막 트랜지스터(450)가 싱글 게이트 박막 트랜지스터로서 설명되지만, 필요에 따라, 복수의 채널 형성 영역을 포함하는 멀티-게이트 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다.Although the thin film transistor 450 is described as a single gate thin film transistor, a multi-gate thin film transistor including a plurality of channel formation regions may be formed if necessary.

이하, 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 기판 위에 박막 트랜지스터(450)를 제작하는 공정이 설명된다.Hereinafter, a process of fabricating the thin film transistor 450 on the substrate will be described with reference to FIGS. 4A to 4F.

먼저, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 도전막이 형성되고, 제 1 포토리소그래피 공정이 실시되어, 게이트 전극층(451) 및 게이트 배선층(421)이 형성된다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 수도 있다. 레지스트 마스크가 잉크젯법에 의해 형성될 때 포토마스크가 사용되지 않고, 이것은 제작 비용의 절감을 발생시킨다.First, a conductive film is formed on a substrate 400 having an insulating surface, and a first photolithography process is performed to form a gate electrode layer 451 and a gate wiring layer 421. The resist mask may be formed by an ink jet method. When the resist mask is formed by the inkjet method, the photomask is not used, which causes a reduction in manufacturing cost.

게이트 전극층(451) 및 게이트 배선층(421)은, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 또는 스칸듐과 같은 금속 재료, 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로서 함유하는 합금 재료를 사용하여 단층 구조 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.The gate electrode layer 451 and the gate wiring layer 421 are made of a metal material such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component. Thus, it may be formed to have a single layer structure or a stacked structure.

다음으로, 게이트 절연층(402)이 게이트 전극층(451) 및 게이트 배선층(421) 위에 형성된다.Next, a gate insulating layer 402 is formed over the gate electrode layer 451 and the gate wiring layer 421.

본 실시형태에서, 200 nm 이하의 두께를 갖는 질화 실리콘층이 플라즈마 CVD법에 의해 게이트 절연층(402)으로서 형성된다.In this embodiment, a silicon nitride layer having a thickness of 200 nm or less is formed as the gate insulating layer 402 by the plasma CVD method.

다음으로, 게이트 절연층(402) 위에, 2 nm 이상 200 nm 이하의 두께로 산화물 반도체막이 형성되고, 그 후, 산화물 반도체막은 제 2 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상 산화물 반도체층으로 가공된다. 본 실시형태에서, 산화물 반도체막은 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성된다.Next, on the gate insulating layer 402, an oxide semiconductor film with a thickness of 2 nm or more and 200 nm or less is formed, and then, the oxide semiconductor film is processed into an island-like oxide semiconductor layer by a second photolithography process. In this embodiment, the oxide semiconductor film is formed by a sputtering method using an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor target.

다음으로, 산화물 반도체층은 탈수화 또는 탈수소화된다. 탈수화 또는 탈수소화를 위한 제 1 가열 처리의 온도는, 400℃ 이상 750℃ 이하, 바람직하게는 400℃ 이상 기판의 변형점 미만이다. 본 실시형태에서, 기판은 가열 처리 장치의 일 종류인 전기로에 놓이고, 산화물 반도체층에 대해 질소 분위기하에서 450℃에 서 1 시간 동안 가열 처리가 실시된 후, 산화물 반도체층이 대기에 노출되지 않고, 산화물 반도체층에 대한 물 및 수소의 침입이 방지된다. 이러한 방식으로, 산화물 반도체층(441)이 획득된다(도 4a 참조).Next, the oxide semiconductor layer is dehydrated or dehydrogenated. The temperature of the first heat treatment for dehydration or dehydrogenation is 400°C or more and 750°C or less, and preferably 400°C or more and less than the strain point of the substrate. In this embodiment, the substrate is placed in an electric furnace, which is a kind of heat treatment apparatus, and after the oxide semiconductor layer is subjected to heat treatment at 450° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, the oxide semiconductor layer is not exposed to the atmosphere. , Intrusion of water and hydrogen into the oxide semiconductor layer is prevented. In this way, an oxide semiconductor layer 441 is obtained (see Fig. 4A).

다음으로, N2O, N2, 또는 Ar과 같은 가스를 사용하여 플라즈마 처리가 실시된다. 이러한 플라즈마 처리에 의해, 산화물 반도체층의 노출 표면에 부착된 흡착수가 제거된다. 산소와 아르곤의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리가 또한 실시될 수도 있다.Next, plasma treatment is performed using a gas such as N 2 O, N 2, or Ar. By this plasma treatment, the adsorbed water adhering to the exposed surface of the oxide semiconductor layer is removed. Plasma treatment may also be carried out using a mixed gas of oxygen and argon.

다음으로, 산화물 절연층이 게이트 절연층(402) 및 산화물 반도체층(441) 위에 형성된다. 그 후, 레지스트 마스크가 제 3 포토리소그래피 단계에 의해 형성되고, 산화물 절연층이 선택적으로 에칭되어 산화물 절연층(456) 및 산화물 절연층(459)을 형성한 후, 레지스트 마스크가 제거된다.Next, an oxide insulating layer is formed over the gate insulating layer 402 and the oxide semiconductor layer 441. Thereafter, a resist mask is formed by a third photolithography step, and after the oxide insulating layer is selectively etched to form the oxide insulating layer 456 and the oxide insulating layer 459, the resist mask is removed.

본 실시형태에서, 200 nm 두께의 산화물 실리콘층이 스퍼터링법에 의해 산화물 절연층(456) 및 산화물 절연층(459)으로서 성막된다. 성막시의 기판 온도는, 실온 이상 300℃ 이하일 수도 있고, 본 실시형태에서는 100℃이다. 산화 실리콘막은 희가스(대표적으로는, 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 또는 희가스(대표적으로는, 아르곤) 및 산소 분위기하에서 스퍼터링법에 의해 성막될 수 있다. 타겟으로서 산화 실리콘 타겟 또는 실리콘 타겟이 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 타겟을 이용하여, 산화 실리콘막이 산소 및 질소 분위기하에서 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 그 저항이 감소된 산화물 반도체층과 접촉하여 형성된 산화물 절연층(456)으로서, 수분, 수소 이온 또는 OH-와 같은 불순물을 가능한 한 적게 포함하고, 외부로부터의 이들의 침입을 차단하는 무기 절연막이 사용될 수도 있고, 대표적으로는, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 또는 산화 질화 알루미늄막 등이 사용된다.In this embodiment, a 200 nm thick oxide silicon layer is formed as the oxide insulating layer 456 and the oxide insulating layer 459 by sputtering. The substrate temperature at the time of film formation may be room temperature or more and 300°C or less, and in this embodiment, it is 100°C. The silicon oxide film can be formed by a sputtering method in a rare gas (typically, argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or a rare gas (typically argon) and oxygen atmosphere. As the target, a silicon oxide target or a silicon target may be used. For example, using a silicon target, a silicon oxide film can be formed by a sputtering method in an oxygen and nitrogen atmosphere. As the oxide insulating layer 456 formed in contact with the oxide semiconductor layer whose resistance has been reduced, an inorganic insulating film containing as little as possible impurities such as moisture, hydrogen ions or OH − and blocking their invasion from the outside may be used. Alternatively, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, an aluminum oxide film, or an aluminum oxide nitride film is used as a representative example.

다음으로, 제 2 가열 처리가 불활성 가스 분위기 또는 산소 가스 분위기하에서(바람직하게는, 200℃ 이상 400℃ 이하의 온도, 예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하의 온도에서) 실시될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 가열 처리는 질소 분위기하에서 250℃에서 1 시간 동안 실시된다. 산화물 반도체층의 일부(채널 형성 영역)가 산화물 절연층(456)과 접촉하면서 제 2 가열 처리를 실시한다.Next, the second heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere or an oxygen gas atmosphere (preferably at a temperature of 200°C or more and 400°C or less, for example, at a temperature of 250°C or more and 350°C or less). For example, the 2nd heat treatment is performed for 1 hour at 250 degreeC in nitrogen atmosphere. A second heat treatment is performed while a part of the oxide semiconductor layer (channel formation region) is in contact with the oxide insulating layer 456.

본 실시형태에서, 산화물 절연층(456)이 제공되고 부분적으로 노출되는 산화물 반도체층(441)이 질소 분위기 또는 불활성 가스 분위기하에서 또는 감압하에서 가열 처리된다. 질소 분위기 또는 불활성 가스 분위기하에서 또는 감압하에서의 가열 처리에 의해, 산화물 절연층(456)에 의해 커버되지 않은 산화물 반도체층(441)의 노출된 영역의 저항은 감소될 수 있다. 예를 들어, 가열 처리는 질소 분위기하에서 250℃에서 1 시간 동안 실시된다.In this embodiment, the oxide insulating layer 456 is provided and the partially exposed oxide semiconductor layer 441 is heat-treated under a nitrogen atmosphere or an inert gas atmosphere or under reduced pressure. By heat treatment under a nitrogen atmosphere or an inert gas atmosphere or under reduced pressure, the resistance of the exposed area of the oxide semiconductor layer 441 not covered by the oxide insulating layer 456 can be reduced. For example, the heat treatment is performed at 250° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

질소 분위기하에서 산화물 절연층(456)이 제공된 산화물 반도체층(441)에 대한 가열 처리에 의해, 산화물 반도체층(441)의 노출된 영역의 저항이 감소되어, (도 4b에서 음영 영역 및 백색 영역으로서 표시되는) 상이한 저항들을 갖는 영역들을 포함하는 산화물 반도체층(452)이 형성된다.By heat treatment for the oxide semiconductor layer 441 provided with the oxide insulating layer 456 in a nitrogen atmosphere, the resistance of the exposed area of the oxide semiconductor layer 441 is reduced (as shaded area and white area in Fig. 4B). An oxide semiconductor layer 452 comprising regions having different resistances (indicated) is formed.

다음으로, 금속 도전막이 게이트 절연층(402), 산화물 반도체층(452), 및 산화물 절연층(456) 위에 형성된다. 그 후, 레지스트 마스크가 제 4 포토리소그래피 단계에 의해 형성되고, 금속 도전막이 선택적으로 에칭되어 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)을 형성하고, 그 후, 레지스트 마스크가 제거된다(도 4c 참조).Next, a metal conductive film is formed over the gate insulating layer 402, the oxide semiconductor layer 452, and the oxide insulating layer 456. Thereafter, a resist mask is formed by the fourth photolithography step, the metal conductive film is selectively etched to form the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b, and then the resist mask is removed (see FIG. 4C). ).

소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)은 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막들이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다.The source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b are preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less in thickness, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers are thin conductive films, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced.

소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)이 높은 산소 친화성을 갖는 금속을 함유하는 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 높은 산소 친화성을 갖는 금속은, 티타늄, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 및 톨륨으로부터 선택된 하나 이상의 재료들인 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 티타늄막이 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b) 각각으로서 사용된다.It is preferable that the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b are formed using a material containing a metal having high oxygen affinity. The metal having high oxygen affinity is preferably one or more materials selected from titanium, aluminum, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, and thorium. In this embodiment, a titanium film is used as each of the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b.

산화물 반도체층 및 높은 산소 친화성을 갖는 금속층이 서로 접촉하면서 가열 처리가 실시될 때, 산소 원자가 산화물 반도체층으로부터 금속층으로 이동하여, 그 사이의 계면 근처의 캐리어 밀도가 증가된다. 따라서, 저저항 영역이 그 사이의 계면 근처에서 형성됨으로써, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이의 접촉 저항을 감소시킨다.When heat treatment is performed while the oxide semiconductor layer and the metal layer having high oxygen affinity are in contact with each other, oxygen atoms move from the oxide semiconductor layer to the metal layer, and the carrier density near the interface therebetween increases. Accordingly, a low resistance region is formed near the interface therebetween, thereby reducing the contact resistance between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers.

내열성 도전 재료가 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)에서 사용될 수도 있다. 내열성 도전 재료를 사용함으로써, 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)의 형성 후에 열 처리가 실시될 때에도, 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)의 특성의 변화 또는 열화가 방지될 수 있다.A heat-resistant conductive material may be used in the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b. By using a heat-resistant conductive material, change or deterioration of the characteristics of the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b can be prevented even when heat treatment is performed after the formation of the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b. .

내열성 도전성 재료로서, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 및 스칸듐(Sc)으로부터 선택된 원소, 임의의 상술한 원소들을 성분으로서 포함하는 합금, 임의의 이들 원소의 조합을 포함하는 합금막, 임의의 상기 원소들을 성분으로서 포함하는 질화물 등이 사용될 수 있다. 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)와 같은 저저항 도전성 재료가 상술한 내열성 도전성 재료와 조합되는 내열성을 갖는 도전막이 사용될 수도 있다.As a heat-resistant conductive material, an element selected from titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), neodymium (Nd), and scandium (Sc), any of the above-described elements An alloy containing as a component, an alloy film containing any combination of these elements, a nitride containing any of the above elements as a component, and the like can be used. A conductive film having heat resistance in which a low-resistance conductive material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is combined with the heat-resistant conductive material described above may be used.

소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)은 산화 금속층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층과 티타늄막과의 사이에 산화 티타늄막이 제공된 구조, 또는 티타늄막(예를 들어, 0.1 nm 이상 5 nm 이하의 두께를 가짐)과 산화물 절연층 사이에 산화 티타늄막(예를 들어, 1 nm 이상 20 nm 이하의 두께를 가짐)이 제공된 구조가 이용될 수도 있다.The source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b may include a metal oxide layer. For example, a structure in which a titanium oxide film is provided between an oxide semiconductor layer and a titanium film, or a titanium oxide film (e.g., a titanium oxide film having a thickness of 0.1 nm or more and 5 nm or less) and an oxide insulating layer For example, a structure provided with a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less) may be used.

소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)이 광이 투과될 만큼 얇을 때, 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)은 투광성을 갖는다.When the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b are thin enough to transmit light, the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b have light transmission properties.

상술한 단계들을 통해, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리가 산화물 반도체막에 대해 실시되어 저항을 감소시키고, 그 후, 산화물 반도체막의 일부가 선택적으로 산소 과잉 상태로 된다. 그 결과, 게이트 전극층(451)과 겹치는 채널 형성 영역(453)은 I-형이 되고, 소스 전극층(455a)과 겹치는 고저항 소스 영역(454a) 및 드레인 전극층(455b)과 겹치는 고저항 드레인 영역(454b)이 자기 정합적으로 형성된다. 상기 공정을 통해, 박막 트랜지스터(450)가 형성된다.Through the steps described above, a heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed on the oxide semiconductor film to reduce the resistance, and after that, a part of the oxide semiconductor film is selectively brought into an oxygen excess state. As a result, the channel formation region 453 overlapping the gate electrode layer 451 becomes I-type, and the high resistance drain region overlaps the high resistance source region 454a and the drain electrode layer 455b ( 454b) is formed self-aligning. Through the above process, the thin film transistor 450 is formed.

또한, 가열 처리는 대기중에서 100℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 30 시간 이하 동안 실시될 수도 있다. 본 실시형태에서, 가열 처리는 150℃에서 10 시간 동안 실시된다. 이러한 가열 처리는 고정된 가열 온도에서 실시될 수도 있고, 대안적으로, 가열 온도에서의 아래의 변화가 복수 횟수 반복적으로 실시될 수도 있다: 가열 온도가 실온으로부터 100℃ 이상 200℃ 이하로 증가되고, 그 후, 실온으로 감소된다. 이러한 가열 처리는 감압하에서 산화물 절연막의 형성 전에 실시될 수도 있다. 감압은 가열 처리 시간을 단축시킬 수 있다. 이러한 가열 처리로, 수소가 산화물 반도체층으로부터 산화물 절연층으로 도입되고, 따라서, 노멀리 오프 박막 트랜지스터가 획득될 수 있다. 따라서 반도체 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.Further, the heat treatment may be performed in the air at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for 1 hour or more and 30 hours or less. In this embodiment, the heat treatment is performed at 150° C. for 10 hours. This heat treatment may be carried out at a fixed heating temperature, alternatively, the following change in the heating temperature may be repeatedly carried out a plurality of times: the heating temperature is increased from room temperature to 100° C. or more and 200° C. After that, it is reduced to room temperature. Such heat treatment may be performed under reduced pressure before formation of the oxide insulating film. The reduced pressure can shorten the heat treatment time. With this heat treatment, hydrogen is introduced from the oxide semiconductor layer to the oxide insulating layer, and thus, a normally off thin film transistor can be obtained. Accordingly, the reliability of the semiconductor device can be improved.

드레인 전극층(455b)(및 소스 전극층(455a))과 겹치는 산화물 반도체층의 일부(들)에서 고저항 드레인 영역(454b)(및 고저항 소스 영역(454a))의 형성에 의해, 박막 트랜지스터의 신뢰성이 향상될 수 있다. 구체적으로는, 고저항 드레인 영역(454b)의 형성에 의해, 도전성이 드레인 전극층(455b)으로부터 고저항 드레인 영역(454b) 및 채널 형성 영역으로 이러한 순서로 단계적으로 변화될 수 있다. 따라서, 트랜지스터가 고전원 전위(VDD)를 공급하는 배선에 접속된 드레인 전극층(455b)으로 동작할 때, 게이트 전극층(451)과 드레인 전극층(455b) 사이에 고전계가 인가될 때에도 고저항 드레인 영역이 버퍼로서 작용하여 국소적인 고전계가 트랜지스터에 인가되지 않기 때문에, 트랜지스터는 증가된 내압을 가질 수 있다.Reliability of a thin film transistor by forming a high resistance drain region 454b (and a high resistance source region 454a) in some(s) of the oxide semiconductor layer overlapping the drain electrode layer 455b (and the source electrode layer 455a) This can be improved. Specifically, by the formation of the high-resistance drain region 454b, the conductivity can be changed stepwise in this order from the drain electrode layer 455b to the high-resistance drain region 454b and the channel formation region. Therefore, when the transistor operates as the drain electrode layer 455b connected to the wiring supplying the high power source potential (VDD), the high resistance drain region is formed even when a high electric field is applied between the gate electrode layer 451 and the drain electrode layer 455b. The transistor can have an increased breakdown voltage because it acts as a buffer and no local high field is applied to the transistor.

보호 절연층(408)이 소스 전극층(455a), 드레인 전극층(455b), 산화물 절연층(456), 및 산화물 절연층(459) 위에 형성된다. 예를 들어, 질화 실리콘막이 RF 스퍼터링법에 의해 형성된다. RF 스퍼터링법은, 높은 양산성으로 인해 보호 절연층(408)의 형성 방법으로서 바람직하다. 보호 절연층(408)은, 수분, 수소 이온 또는, OH-와 같은 불순물을 가능한 한 적게 포함하고, 외부로부터의 이들의 침입을 차단하는 무기 절연막을 사용하여 형성되고, 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막, 질화 산화 실리콘막, 산화 질화 알루미늄막 등이 사용된다. 본 실시형태에서, 보호 절연층(408)은 질화 실리콘막을 사용하여 형성된다(도 4d 참조).A protective insulating layer 408 is formed over the source electrode layer 455a, the drain electrode layer 455b, the oxide insulating layer 456, and the oxide insulating layer 459. For example, a silicon nitride film is formed by RF sputtering. The RF sputtering method is preferable as a method of forming the protective insulating layer 408 due to its high mass productivity. The protective insulating layer 408 is formed using an inorganic insulating film that contains as little impurities as possible, such as moisture, hydrogen ions, or OH −, and blocks their intrusion from the outside, and is formed by using a silicon nitride film or an aluminum nitride film. , A silicon nitride oxide film, an aluminum oxide nitride film, and the like are used. In this embodiment, the protective insulating layer 408 is formed using a silicon nitride film (see Fig. 4D).

산화물 절연층이 소스 전극층(455a), 드레인 전극층(455b), 산화물 절연층(456), 및 산화물 절연층(459) 위에 형성될 수도 있고, 보호 절연층(408)이 산화물 절연층(408) 위에 적층될 수도 있다. 도 6a에 도시되어 있는 바와 같이 평탄화 절연층(409)이 제공될 수도 있다. 평탄화 절연층(409)의 제공은 게이트 배선층(421)과 소스 배선층(422 및 423)을 서로 더 멀리 떨어지게 하여, 기생 용량이 더 감소될 수 있다.An oxide insulating layer may be formed on the source electrode layer 455a, the drain electrode layer 455b, the oxide insulating layer 456, and the oxide insulating layer 459, and a protective insulating layer 408 is formed on the oxide insulating layer 408 It can also be stacked. As shown in FIG. 6A, a planarization insulating layer 409 may be provided. The provision of the planarization insulating layer 409 makes the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 farther apart from each other, so that parasitic capacitance can be further reduced.

다음으로, 제 5 포토리소그래피 단계가 레지스트 마스크를 형성하기 위해 실시되고, 에칭이 선택적으로 실시되어 보호 절연층(408)의 일부를 제거하여, 소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)에 이르는 개구들(467a 및 467b)이 형성된다(도 4e 참조).Next, a fifth photolithography step is performed to form a resist mask, and etching is selectively performed to remove a part of the protective insulating layer 408, and openings leading to the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b Fields 467a and 467b are formed (see Fig. 4E).

소스 전극층(455a) 및 드레인 전극층(455b)과 접촉하도록 개구들(467a 및 467b)에 스퍼터링법 또는 진공 증착법에 의해 적층의 도전층이 형성되고, 레지스트 마스크가 제 6 포토리소그래피 단계에 의해 형성된다. 적층의 도전층이 선택적으로 에칭되어 배선층들(457a, 457b, 458a, 및 458b) 및 교차부에서 소스 배선층(422 및 423)을 형성한다(도 4f 참조).A laminated conductive layer is formed in the openings 467a and 467b by sputtering or vacuum evaporation so as to contact the source electrode layer 455a and the drain electrode layer 455b, and a resist mask is formed by a sixth photolithography step. The stacked conductive layers are selectively etched to form the wiring layers 457a, 457b, 458a, and 458b and source wiring layers 422 and 423 at the intersections (see FIG. 4F).

배선층들(457a, 457b, 458a, 및 458b)은 소스 및 드레인 전극층들의 저항보다 낮은 저항들을 갖는 도전막들을 사용하여 형성된다. 특히, 알루미늄, 구리, 크롬, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 네오디뮴, 또는 스칸듐과 같은 금속 재료, 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로서 포함하는 합금 재료를 사용하여 단층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 알루미늄막이 제 1 배선층들인 배선층들(457a 및 457b) 각각으로서 사용되고, 티타늄막이 제 2 배선들인 배선층들(458a 및 458b) 각각으로서 사용된다.The wiring layers 457a, 457b, 458a, and 458b are formed using conductive films having resistances lower than those of the source and drain electrode layers. In particular, a metal material such as aluminum, copper, chromium, tantalum, molybdenum, tungsten, titanium, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component may be used to have a single layer or laminated structure. . In this embodiment, an aluminum film is used as each of the wiring layers 457a and 457b as first wiring layers, and a titanium film is used as each of the wiring layers 458a and 458b as second wirings.

이러한 방식으로, 적은 기생 용량 및 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.In this way, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and a low power consumption can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.A semiconductor device having high reliability can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

(실시형태 3)(Embodiment 3)

실시형태 3에서, 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치의 제작 공정에서 실시형태 1과 상이한 다른 예가 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명된다. 도 5a 내지 도 5는, 공정의 일부가 상이하다는 점을 제외하고, 도 1a1, 도 1a2 및 도 1b 및 도 2a 내지 도 2f와 동일하고, 따라서, 동일한 부분들은 동일한 참조 부호들로 표기되고, 동일한 부분들의 상세한 설명은 생략된다. 본 실시형태에서, 다계조 마스크를 사용하여 형성된 마스크층이 포토리소그래피 단계에서 사용된다.In Embodiment 3, another example different from Embodiment 1 in the manufacturing process of a semiconductor device including a thin film transistor is described with reference to Figs. 5A to 5F. 5A to 5 are the same as FIGS. 1A1, 1A2 and 1B and 2A to 2F, except that a part of the process is different, and thus, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the same Detailed descriptions of the parts are omitted. In this embodiment, a mask layer formed using a multi-gradation mask is used in the photolithography step.

다계조 마스크를 사용하여 형성된 마스크층은 복수의 막두께를 갖고, 마스크층에 대한 에칭을 실시함으로써 형상이 더 변형될 수 있기 때문에, 마스크층은 상이한 패턴으로 가공하는 복수의 에칭 단계에서 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 종류의 상이한 패턴들에 대응하는 마스크층이 하나의 다계조 마스크에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 노광 마스크의 수가 감소될 수 있고, 포토리소그래피 단계들의 수가 또한 그에 따라 감소될 수 있어서, 공정의 간략화가 실현될 수 있다.Since the mask layer formed using the multi-gradation mask has a plurality of film thicknesses, and the shape can be further deformed by performing the etching on the mask layer, the mask layer can be used in a plurality of etching steps processing different patterns. . Accordingly, a mask layer corresponding to at least two types of different patterns may be formed by one multi-gradation mask. Accordingly, the number of exposure masks can be reduced, and the number of photolithography steps can also be reduced accordingly, so that simplification of the process can be realized.

실시형태 1에 따라, 게이트 배선층(421) 및 게이트 전극층(481)이 제 1 포토리소그래피 단계에 의해 기판(400) 위에 형성되고, 게이트 절연층(402)이 그 위에 적층된다. 산화물 반도체막이 게이트 절연층(402) 위에 형성된다. 본 실시형태에서, 산화물 반도체막은 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성된다.According to Embodiment 1, a gate wiring layer 421 and a gate electrode layer 481 are formed over the substrate 400 by a first photolithography step, and a gate insulating layer 402 is laminated thereon. An oxide semiconductor film is formed over the gate insulating layer 402. In this embodiment, the oxide semiconductor film is formed by a sputtering method using an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor target.

탈수화 또는 탈수소화를 위해 가열 처리 장치의 일 종류인 전기로에 기판이 놓이고, 가열 처리가 질소 분위기하에서 450℃에서 1 시간 동안 산화물 반도체층에 대해 실시되고, 그 후, 산화물 반도체층이 대기에 노출되지 않고, 물 및 수소가 산화물 반도체층으로 침입하는 것이 방지된다. 이러한 방식으로, 산화물 반도체층(465)이 획득된다.For dehydration or dehydrogenation, a substrate is placed in an electric furnace, which is a kind of heat treatment device, and a heat treatment is performed on the oxide semiconductor layer for 1 hour at 450° C. in a nitrogen atmosphere, after which the oxide semiconductor layer is placed in the atmosphere. It is not exposed, and water and hydrogen are prevented from entering the oxide semiconductor layer. In this way, the oxide semiconductor layer 465 is obtained.

다음으로, 금속 도전막(466)이 스퍼터링법 또는 진공 증착법에 의해 산화물 반도체막(465) 위에 형성된다(도 5a 참조).Next, a metal conductive film 466 is formed on the oxide semiconductor film 465 by a sputtering method or a vacuum evaporation method (see Fig. 5A).

금속 도전막(466)은 소스 및 드레인 전극층들을 형성하는 도전막이다. 소스 및 드레인 전극층들은, 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 작은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다.The metal conductive film 466 is a conductive film forming source and drain electrode layers. The source and drain electrode layers are preferably as small as 0.1 nm or more and 50 nm or less in thickness, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced.

소스 및 드레인 전극층들은 높은 산소 친화성을 갖는 금속을 포함하는 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 높은 산소 친화성을 갖는 금속은 티타늄, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 및 톨륨으로부터 선택된 하나 이상의 재료들인 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 티타늄막이 소스 및 드레인 전극층들 각각으로서 사용된다.It is preferable that the source and drain electrode layers are formed using a material containing a metal having high oxygen affinity. The metal with high oxygen affinity is preferably one or more materials selected from titanium, aluminum, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, and thorium. In this embodiment, a titanium film is used as each of the source and drain electrode layers.

산화물 반도체층과 높은 산소 친화성을 갖는 금속층이 서로 접촉하면서 가열 처리가 실시될 때, 산소 원자들이 산화물 반도체층으로부터 금속층으로 이동하여, 그 사이의 계면 근처의 캐리어 농도가 증가된다. 저저항 영역이 그 사이의 계면의 근처에 형성됨으로써, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이의 콘택트 저항을 감소시킨다.When heat treatment is performed while the oxide semiconductor layer and the metal layer having high oxygen affinity are in contact with each other, oxygen atoms move from the oxide semiconductor layer to the metal layer, and the carrier concentration near the interface therebetween increases. The low resistance region is formed near the interface therebetween, thereby reducing the contact resistance between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers.

내열성 도전성 재료가 소스 및 드레인 전극층들에서 사용될 수도 있다. 내열성 도전성 재료를 사용함으로써, 소스 및 드레인 전극층들의 형성 후에 열 처리가 실시될 때에도 소스 및 드레인 전극층들의 특성의 변화 또는 열화가 방지될 수 있다.Heat resistant conductive material may be used in the source and drain electrode layers. By using the heat-resistant conductive material, change or deterioration of the characteristics of the source and drain electrode layers can be prevented even when heat treatment is performed after the formation of the source and drain electrode layers.

내열성 도전성 재료로서, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 및 스칸듐(Sc)으로부터 선택된 원소, 임의의 상기 원소들을 성분으로서 포함하는 합금, 임의의 이들 원소들의 조합을 포함하는 합금막, 또는 임의의 상기 원소들을 성분으로서 포함하는 질화물 등이 사용될 수 있다. 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)와 같은 저저항 도전성 재료가 상술한 내열성 도전성 재료와 조합되는 내열성을 갖는 도전막이 사용될 수도 있다.As a heat-resistant conductive material, an element selected from titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), neodymium (Nd), and scandium (Sc), and any of the above elements An alloy containing as, an alloy film containing any combination of these elements, or a nitride containing any of the above elements as a component can be used. A conductive film having heat resistance in which a low-resistance conductive material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is combined with the heat-resistant conductive material described above may be used.

소스 및 드레인 전극층들은 산화 금속층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산화 티타늄막이 산화물 반도체층과 티타늄막 사이에 제공되는 구조, 또는 티타늄막(예를 들어, 0.1 nm 이상 5 nm 이하의 두께를 가짐)과 산화물 절연층 사이에 산화 티타늄 막(예를 들어, 1 nm 이상 20 nm 이하의 두께를 가짐)이 제공되는 구조가 이용될 수도 있다.The source and drain electrode layers may include a metal oxide layer. For example, a structure in which a titanium oxide film is provided between an oxide semiconductor layer and a titanium film, or a titanium oxide film (e.g., a titanium oxide film having a thickness of 0.1 nm or more and 5 nm or less) and an oxide insulating layer is provided between the oxide semiconductor layer and the titanium film. For example, a structure in which a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less) is provided may be used.

소스 및 드레인 전극층들이 광이 투과될 만큼 얇을 때, 소스 및 드레인 전극층들은 투광성을 갖는다.When the source and drain electrode layers are thin enough to transmit light, the source and drain electrode layers have light-transmitting properties.

제 2 포토리소그래피 단계가 실시되어, 레지스트 마스크(460)가 산화물 반도체막(465) 및 금속 도전막(466) 위에 형성된다.A second photolithography step is performed, and a resist mask 460 is formed over the oxide semiconductor film 465 and the metal conductive film 466.

본 실시형태에서, 레지스트 마스크(460)를 형성하기 위해 고계조 마스크가 노광을 위해 사용되는 예가 도시되어 있다. 레지스트 마스크(460)를 형성하기 위해 레지스트가 형성된다. 레지스트로서, 포지티브형 레지스트 또는 네거티브형 레지스트가 사용될 수 있다. 본 실시형태에서, 포지티브형 레지스트가 사용된다. 레지스트는 스핀 코팅법으로 형성될 수도 있거나, 잉크젯법에 의해 선택적으로 형성될 수도 있다. 레지스트가 잉크젯법에 의해 선택적으로 형성될 때, 레지스트가 원치않는 부분에 형성되는 것이 방지될 수 있고, 이것은 재료의 낭비의 감소를 발생시킨다.In this embodiment, an example in which a high gradation mask is used for exposure to form the resist mask 460 is shown. A resist is formed to form a resist mask 460. As the resist, a positive type resist or a negative type resist can be used. In this embodiment, a positive resist is used. The resist may be formed by a spin coating method or may be selectively formed by an ink jet method. When the resist is selectively formed by the ink jet method, the resist can be prevented from being formed in an undesired portion, which causes a reduction in waste of material.

다음으로, 레지스트가 노광 마스크로서 다계조 마스크(81)를 사용하여 광으로 조사되어, 레지스트가 노광된다.Next, the resist is irradiated with light using the multi-gradation mask 81 as an exposure mask, and the resist is exposed.

여기서, 다계조 마스크(81)를 사용한 노광이 도 25a 내지 도 25d를 참조하여 설명된다.Here, exposure using the multi-gradation mask 81 will be described with reference to FIGS. 25A to 25D.

다계조 마스크는 3개의 노광 레벨, 노광 부분, 중간 노광 부분, 및 미노광 부분을 형성할 수 있게 하고, 다계조 마스크는 복수의 강도를 갖도록 광이 투과되는 포토마스크이다. 1회의 노광 및 현상 공정으로, 복수의 두께(통상적으로, 2 종류의 두께)의 영역을 갖는 레지스트 마스크가 형성될 수 있다. 따라서, 다계조 마스크를 사용함으로써, 포토마스크의 수가 감소될 수 있다.The multi-gradation mask makes it possible to form three exposure levels, an exposed portion, an intermediate exposed portion, and an unexposed portion, and the multi-gradation mask is a photomask through which light is transmitted so as to have a plurality of intensities. In one exposure and development process, a resist mask having regions of a plurality of thicknesses (typically, two types of thickness) can be formed. Therefore, by using a multi-gradation mask, the number of photomasks can be reduced.

다계조 마스크의 통상의 예는, 도 25a에 도시된 그레이-톤 마스크(81a) 및 도 25c에 도시된 하프-톤 마스크(81b)이다.Typical examples of the multi-gradation mask are the gray-tone mask 81a shown in Fig. 25A and the half-tone mask 81b shown in Fig. 25C.

도 25a에 도시되어 있는 바와 같이, 그레이-톤 마스크(81a)는, 투광성 기판(83) 및 그 투광성 기판(83)상에 형성되는 차광부(84) 및 회절 격자(85)를 포함한다. 차광부(84)에서의 광 투과율이 0%이다. 회절 격자(85)는 노광에 사용된 광의 해상도 한계 이하인 간격을 갖는 슬릿형, 도트형, 메시형 등의 광 투과부를 가짐으로써, 광 투광율이 제어될 수 있다. 회절 격자(85)는, 주기적 간격을 갖는 슬릿형, 도트형, 또는 메시형, 또는 비주기적 간격을 갖는 슬릿형, 도트형, 메시형에서 사용될 수 있다.As shown in Fig. 25A, the gray-tone mask 81a includes a light-transmitting substrate 83, a light-shielding portion 84 formed on the light-transmitting substrate 83, and a diffraction grating 85. The light transmittance at the light shielding portion 84 is 0%. The diffraction grating 85 has a slit-type, dot-type, or mesh-type light transmitting portion having an interval equal to or less than the resolution limit of light used for exposure, so that the light transmittance can be controlled. The diffraction grating 85 may be used in a slit type, dot type, or mesh type having periodic spacing, or a slit type, dot type, mesh type having aperiodic spacing.

투광성 기판(83)으로서, 석영 기판과 같은 투광성 기판이 사용될 수 있다. 차광부(84) 및 회절 격자(85)는 크롬 또는 산화 크롬과 같은 광을 흡수하는 차광 재료를 사용하여 형성될 수 있다.As the light-transmitting substrate 83, a light-transmitting substrate such as a quartz substrate may be used. The light blocking portion 84 and the diffraction grating 85 may be formed using a light blocking material that absorbs light such as chromium or chromium oxide.

그레이-톤 마스크(81a)가 노광용 광으로 조사될 때, 도 25b에 도시되어 있는 바와 같이, 차광부(84)의 광 투과율(86)은 0%이고, 차광부(84) 및 회절 격자(85)가 제공되지 않은 영역의 광 투과율(86)은 100%이다. 회절 격자(85)의 광 투과율(86)은 10% 내지 70%의 범위에서 제어될 수 있다. 회절 격자(85)의 광 투과율은, 회절 격자의 슬릿, 도트, 또는 메시의 간격 및 피치를 조정함으로써 제어될 수 있다.When the gray-tone mask 81a is irradiated with exposure light, as shown in FIG. 25B, the light transmittance 86 of the light-shielding portion 84 is 0%, and the light-shielding portion 84 and the diffraction grating 85 The light transmittance 86 in the region where) is not provided is 100%. The light transmittance 86 of the diffraction grating 85 can be controlled in a range of 10% to 70%. The light transmittance of the diffraction grating 85 can be controlled by adjusting the spacing and pitch of the slits, dots, or meshes of the diffraction grating.

도 25c에 도시되어 있는 바와 같이, 하프-톤 마스크(81b)는, 투광성 기판(83) 및 그 투광성 기판상에 형성되는 반투광부(87) 및 차광부(88)를 포함한다.. 반투광부(87)는, MoSiN, MoSi, MoSiO, MoSiON, CrSi 등을 사용하여 형성될 수 있다. 차광부(88)는 크롬 또는 산화 크롬과 같은 광을 흡수하는 차광 재료를 사용하여 형성될 수 있다. As shown in Fig. 25C, the half-tone mask 81b includes a translucent substrate 83, and a translucent portion 87 and a light-shielding portion 88 formed on the translucent substrate. 87) can be formed using MoSiN, MoSi, MoSiO, MoSiON, CrSi, or the like. The light blocking portion 88 may be formed using a light blocking material that absorbs light such as chromium or chromium oxide.

하프- 톤 마스크(81b)가 노광용 광으로 조사될 때, 도 25d에 도시되어 있는 바와 같이, 차광부(88)의 광 투과율(89)은 0%이며, 차광부(88) 및 반투광부(87)가 제공되지 않은 영역의 광 투과율(89)은 100%이다. 반투광부(87)의 광 투과율(89)은 10% 내지 70%의 범위에서 제어될 수 있다. 반투광부(87)의 광의 투과율은 반투광부(87)의 재료에 의해 제어될 수 있다.When the half-tone mask 81b is irradiated with exposure light, as shown in Fig. 25D, the light transmittance 89 of the light-shielding portion 88 is 0%, and the light-shielding portion 88 and the semi-transmissive portion 87 The light transmittance 89 in the region where) is not provided is 100%. The light transmittance 89 of the translucent portion 87 may be controlled in a range of 10% to 70%. The transmittance of light of the translucent portion 87 can be controlled by the material of the translucent portion 87.

다계조 마스크를 사용한 노광 후, 현상이 실행됨으로써, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 상이한 두께를 갖는 영역을 갖는 레지스트 마스크(460)가 형성될 수 있다.After exposure using the multi-gradation mask, development is performed, so that a resist mask 460 having regions having different thicknesses can be formed as shown in FIG. 5B.

다음으로, 제 1 에칭 단계가 레지스트 마스크(460)를 사용하여 실시되어, 산화물 반도체막(465) 및 금속 도전막(466)이 섬 형상으로 에칭된다. 그 결과, 산화물 반도체층(461) 및 금속 도전층(462)이 형성될 수 있다(도 5b 참조).Next, a first etching step is performed using the resist mask 460, so that the oxide semiconductor film 465 and the metal conductive film 466 are etched in an island shape. As a result, the oxide semiconductor layer 461 and the metal conductive layer 462 may be formed (see FIG. 5B ).

다음으로, 레지스트 마스크(460)에 대해 애싱이 실시된다. 그 결과, 레지스트 마스크의 면적(3차원으로 고려할 때 체적)이 축소되고, 두께가 감소된다. 이러한 단계를 통해, 작은 두께를 갖는 영역의 레지스트 마스크의 레지스트(게이트 전극층(481)의 일부와 겹치는 영역)가 제거되어, 서로 분리된 레지스트 마스크들(463a 및 463b)이 형성될 수 있다.Next, ashing is performed on the resist mask 460. As a result, the area (volume when considered in three dimensions) of the resist mask is reduced, and the thickness is reduced. Through this step, the resist (a region overlapping with a part of the gate electrode layer 481) of the resist mask having a small thickness is removed, so that the resist masks 463a and 463b separated from each other may be formed.

레지스트 마스크(463a 및 463b)로, 불필요한 부분이 에칭에 의해 제거되어, 소스 전극층(485a) 및 드레인 전극층(485b)이 형성된다(도 5c 참조).With the resist masks 463a and 463b, unnecessary portions are removed by etching to form a source electrode layer 485a and a drain electrode layer 485b (see Fig. 5C).

금속 도전층(462)에 대한 에칭의 각 재료 및 에칭 조건들은, 산화물 반도체층(461)이 제거되지 않도록 적절히 조절된다.Each material and etching conditions of etching for the metal conductive layer 462 are appropriately adjusted so that the oxide semiconductor layer 461 is not removed.

본 실시형태에서, Ti 막이 금속 도전층(462)으로서 사용되고, 산화물 반도체층(461)에 대해 In-Ga-Zn-O계 산화물이 사용되며, 에칭액으로서 과산화 암모니아 용액(암모니아, 물, 과산화수소 용액의 혼합액)이 사용된다.In this embodiment, a Ti film is used as the metal conductive layer 462, an In-Ga-Zn-O-based oxide is used for the oxide semiconductor layer 461, and an ammonia peroxide solution (ammonia, water, hydrogen peroxide solution) is used as the etchant. Mixed solution) is used.

금속 도전막 및 산화물 반도체막의 에칭은, 웨트 에칭에 한정되지 않고 드라이 에칭일 수도 있다.The etching of the metal conductive film and the oxide semiconductor film is not limited to wet etching and may be dry etching.

드라이 에칭을 위한 에칭 가스로서, 염소를 포함하는 가스(염소(Cl2), 염화 붕소(BCl3), 염화 규소(SiCl4), 또는 사염화탄소(CCl4)와 같은 염소계 가스)가 바람직하게 사용된다.As the etching gas for dry etching, a gas containing chlorine (chlorine-based gas such as chlorine (Cl 2 ), boron chloride (BCl 3 ), silicon chloride (SiCl 4 ), or carbon tetrachloride (CCl 4 )) is preferably used. .

대안적으로, 불소를 포함하는 가스(사불화 탄소(CF4), 불화 유황(SF6), 불화 질소(NF3), 트리플루오로 메탄(CHF3)과 같은 불소계 가스), 브롬화 수소(HBr), 산소(O2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 희가스가 첨가된 임의의 이들 가스 등이 사용될 수 있다.Alternatively, a fluorine-containing gas (carbon tetrafluoride (CF 4 ), sulfur fluoride (SF 6 ), nitrogen fluoride (NF 3 ), a fluorine-based gas such as trifluoromethane (CHF 3 )), hydrogen bromide (HBr) ), oxygen (O 2 ), helium (He), or any of these gases to which a noble gas such as argon (Ar) is added may be used.

드라이 에칭법으로서, 평행 평판 RIE(reactive ion etching)법 또는 ICP(inductively coupled plasma:유도 결합형 플라즈마) 에칭법이 사용될 수 있다. 원하는 형상으로 에칭하기 위해, 에칭 조건(코일형의 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극 온도 등)이 적절하게 조절된다.As the dry etching method, a parallel plate reactive ion etching (RIE) method or an inductively coupled plasma (ICP) etching method may be used. In order to etch into a desired shape, the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the temperature of the electrode on the substrate side, etc.) are appropriately adjusted.

웨트 에칭에 사용된 에칭액으로서, 인산, 아세트산 및 질산을 혼합하여 획득된 용액, 과산화 암모니아 혼합물(31 중량%의 과산화수소수 : 28 중량%의 암모니아수:물 = 5:2:2) 등이 사용될 수 있다. ITO07N(KANTO CHEMICAL CO., LTD에 의해 제작)이 사용될 수도 있다.As the etchant used for wet etching, a solution obtained by mixing phosphoric acid, acetic acid and nitric acid, ammonia peroxide mixture (31 wt% hydrogen peroxide solution: 28 wt% ammonia solution: water = 5:2:2), etc. can be used. . ITO07N (manufactured by KANTO CHEMICAL CO., LTD) may also be used.

웨트 에칭에 사용된 에칭액은 에칭된 재료와 함께 세정에 의해 제거된다. 에칭된 재료 및 에칭액을 포함하는 폐액이 정제될 수도 있고, 재료가 재사용될 수도 있다. 산화물 반도체층에 포함되는 인듐과 같은 재료는 에칭 후의 폐액으로부터 회수될 수도 있고 재사용될 수도 있어서, 자원을 효율적으로 사용하고 비용을 감소시킨다.The etchant used for wet etching is removed by cleaning together with the etched material. The etched material and the waste liquid containing the etchant may be purified, and the material may be reused. A material such as indium contained in the oxide semiconductor layer may be recovered or reused from the waste liquid after etching, thereby efficiently using resources and reducing cost.

(에칭액, 에칭 시간, 온도와 같은) 에칭 조건들은 원하는 형상으로 에칭하기 위해 재료에 의존하여 적절하게 조절된다.Etching conditions (such as etchant, etching time, and temperature) are appropriately adjusted depending on the material to etch into the desired shape.

다음으로, 레지스트 마스크들(463a 및 463b)이 제거되고, 산화물 반도체층(461)의 일부와 접촉하는 보호 절연막으로서 기능하는 산화물 절연층(407)이 형성된다. 본 실시형태에서, 200 nm 두께의 산화 실리콘막이 스퍼터링법에 의해 산화물 절연층(407)으로서 성막된다.Next, the resist masks 463a and 463b are removed, and an oxide insulating layer 407 serving as a protective insulating film in contact with a part of the oxide semiconductor layer 461 is formed. In this embodiment, a 200 nm thick silicon oxide film is formed as the oxide insulating layer 407 by sputtering.

다음으로, 제 2 가열 처리가 불활성 가스 분위기 또는 산소 가스 분위기하에서(바람직하게는, 200℃ 이상 400℃ 이하, 예를 들어, 250℃ 이상 350℃ 이하) 실시된다. 예를 들어, 제 2 가열 처리는 질소 분위기하에서 250℃에서 1 시간 동안 실시된다. 제 2 가열 처리는, 산화물 반도체층의 일부(채널 형성 영역)가 산화물 절연층(407)과 접촉하면서 가열을 실시한다.Next, the second heat treatment is performed in an inert gas atmosphere or an oxygen gas atmosphere (preferably 200°C or more and 400°C or less, for example, 250°C or more and 350°C or less). For example, the 2nd heat treatment is performed for 1 hour at 250 degreeC in nitrogen atmosphere. In the second heat treatment, heating is performed while a part of the oxide semiconductor layer (channel formation region) is in contact with the oxide insulating layer 407.

상술한 단계들을 통해, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리가 산화물 반도체층에 대해 실시되어 저항을 감소시키고, 그 후, 산화물 반도체막의 일부가 선택적으로 산소 과잉 상태가 된다. 그 결과, 게이트 전극층(481)과 겹치는 채널 형성 영역(483)은 I-형이 되고, 소스 전극층(485a)과 겹치는 고저항 소스 영역(484a) 및 드레인 전극층(485b)과 겹치는 고저항 드레인 영역(484b)이 자기 정합적으로 형성된다. 상기 공정을 통해, 박막 트랜지스터(480)가 형성된다.Through the above-described steps, a heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed on the oxide semiconductor layer to reduce the resistance, and after that, a part of the oxide semiconductor film is selectively brought into an oxygen-excess state. As a result, the channel formation region 483 overlapping the gate electrode layer 481 becomes I-type, and the high resistance drain region overlapping the high resistance source region 484a and the drain electrode layer 485b overlapping the source electrode layer 485a ( 484b) is formed by self-alignment. Through the above process, the thin film transistor 480 is formed.

또한, 가열 처리는 대기중에서 100℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 30 시간 이하 동안 실시될 수도 있다. 본 실시형태에서, 가열 처리는 150℃에서 10 시간 동안 실시된다. 이러한 가열 처리는 고정된 가열 온도에서 실시될 수도 있고, 대안적으로, 가열 온도에서의 아래의 변화가 복수 횟수 반복적으로 실시될 수도 있다: 가열 온도는 실온으로부터 100℃ 이상 200℃ 이하의 온도로 증가되고, 그 후, 실온까지 감소된다. 이러한 가열 처리는 감압하에서 산화물 절연막의 형성 전에 실시될 수도 있다. 감압은 가열 처리 시간이 단축될 수 있게 한다. 이러한 가열 처리로, 수소가 산화물 반도체층으로부터 산화물 절연층으로 도입되고, 따라서, 노멀리 오프 박막 트랜지스터가 획득될 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.Further, the heat treatment may be performed in the air at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for 1 hour or more and 30 hours or less. In this embodiment, the heat treatment is performed at 150° C. for 10 hours. This heating treatment may be carried out at a fixed heating temperature, or alternatively, the following change in the heating temperature may be repeatedly carried out a plurality of times: The heating temperature is increased from room temperature to a temperature of 100° C. or more and 200° C. or less. And then it is reduced to room temperature. Such heat treatment may be performed under reduced pressure before formation of the oxide insulating film. The reduced pressure makes it possible to shorten the heat treatment time. With this heat treatment, hydrogen is introduced from the oxide semiconductor layer to the oxide insulating layer, and thus, a normally off thin film transistor can be obtained. Accordingly, the reliability of the semiconductor device can be improved.

다음으로, 보호 절연층(408)이 산화물 절연층(407) 위에 형성된다. 본 실시형태에서, 보호 절연층(408)은 보호 절연층으로서 질화 실리콘막을 사용하여 형성된다(도 5d 참조).Next, a protective insulating layer 408 is formed over the oxide insulating layer 407. In this embodiment, the protective insulating layer 408 is formed using a silicon nitride film as the protective insulating layer (see Fig. 5D).

다음으로, 제 3 포토리소그래피 단계가 레지스트 마스크를 형성하기 위해 실시되고, 에칭이 산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)의 일부를 제거하기 위해 선택적으로 실시되어, 소스 전극층(485a) 및 드레인 전극층(485b)에 이르는 개구들(464a 및 464b)이 형성된다(도 5(e) 참조).Next, a third photolithography step is performed to form a resist mask, and etching is selectively performed to remove portions of the oxide insulating layer 407 and the protective insulating layer 408, and the source electrode layer 485a and Openings 464a and 464b reaching the drain electrode layer 485b are formed (see Fig. 5(e)).

소스 전극층(485a) 및 드레인 전극층(485b)과 접촉하도록 개구들(464a 및 464b)에 스퍼터링법 또는 진공 증착법에 의해 적층 도전층이 형성되고, 레지스트 마스크가 제 4 포토리소그래피 공정에 의해 형성된다. 적층 도전층이 선택적으로 에칭되어 배선층들(487a, 487b, 488a, 및 488b), 및 교차부에서의 소스 배선층들(422 및 423)을 형성한다(도 5(f) 참조).A laminated conductive layer is formed in the openings 464a and 464b by sputtering or vacuum evaporation so as to contact the source electrode layer 485a and the drain electrode layer 485b, and a resist mask is formed by a fourth photolithography process. The stacked conductive layer is selectively etched to form wiring layers 487a, 487b, 488a, and 488b, and source wiring layers 422 and 423 at the intersections (see Fig. 5(f)).

배선층들(487a, 487b, 488a, 및 488b)은 소스 및 드레인 전극층들의 저항보다 낮은 저항을 갖는 도전막들을 사용하여 형성된다. 특히, 배선층들은 알루미늄, 구리, 크롬, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 네오디뮴, 또는 스칸듐과 같은 금속 재료, 또는 임의의 이들 재료들을 주성분으로서 포함하는 합금 재료를 사용하여 단층 또는 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 알루미늄막이 제 1 배선층들인 배선층들(487a 및 487b) 각각으로서 사용되고, 티타늄막이 제 2 배선층들인 배선층들(488a 및 488b) 각각으로서 사용된다.The wiring layers 487a, 487b, 488a, and 488b are formed using conductive films having a resistance lower than that of the source and drain electrode layers. In particular, the wiring layers are formed to have a single layer or a laminated structure using a metal material such as aluminum, copper, chromium, tantalum, molybdenum, tungsten, titanium, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as a main component. I can. In this embodiment, an aluminum film is used as each of the wiring layers 487a and 487b as first wiring layers, and a titanium film is used as each of the wiring layers 488a and 488b as second wiring layers.

이러한 방식으로, 적은 기생 용량 및 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.In this way, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and a low power consumption can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.A semiconductor device having high reliability can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

이러한 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 4)(Embodiment 4)

실시형태 4에서, 실시형태 1의 게이트 전극층이 투광성 도전 재료를 사용하여 형성되는 예가 도 7을 참조하여 설명된다. 따라서, 실시형태 1과 동일하게 적용될 수 있고, 실시형태 1과 동일한 부분들 및 실시형태 1과 유사한 기능들을 갖는 부분들 및 단계들의 설명이 생략된다. 도 7은 공정의 일부에 차이가 있다는 점을 제외하고는 도 1a1, 도 1a2, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2f와 동일하고, 따라서, 동일한 부분들은 동일한 참조 부호들로 표기되고, 동일한 부분들의 상세한 설명은 생략된다.In Embodiment 4, an example in which the gate electrode layer of Embodiment 1 is formed using a light-transmitting conductive material is described with reference to FIG. 7. Accordingly, the same can be applied to the first embodiment, and descriptions of the same parts as the first embodiment and parts and steps having functions similar to those of the first embodiment are omitted. Fig. 7 is the same as Figs. 1A1, 1A2, 1B, and 2A to 2F, except that there is a difference in part of the process, and thus, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the details of the same parts Description is omitted.

도 7에 도시된 박막 트랜지스터(430)는 채널 에칭된 박막 트랜지스터이고, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극층(431), 게이트 절연층(402), 적어도 채널 형성 영역(433), 고저항 소스 영역(434a), 및 고저항 드레인 영역(434b)을 포함하는 산화물 반도체층(432), 소스 전극층(435a), 드레인 전극층(435b)을 포함한다. 또한, 박막 트랜지스터(430)를 커버하고, 채널 형성 영역(433)과 접촉하는 산화물 절연층(407)이 제공되고, 보호 절연층(408)이 그 위에 제공된다.The thin film transistor 430 shown in FIG. 7 is a channel-etched thin film transistor, and on a substrate 400 having an insulating surface, a gate electrode layer 431, a gate insulating layer 402, at least a channel formation region 433, and It includes an oxide semiconductor layer 432 including a resistance source region 434a and a high resistance drain region 434b, a source electrode layer 435a, and a drain electrode layer 435b. Further, an oxide insulating layer 407 covering the thin film transistor 430 and in contact with the channel formation region 433 is provided, and a protective insulating layer 408 is provided thereon.

산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)에는, 소스 전극층(435a)에 이르는 개구(콘택트 홀)가 형성된다. 배선층들(437 및 438)이 개구에 형성된다. 교차부에서, 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)이 게이트 절연층(402), 산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)을 그 사이에 개재하여 적층된다. 도 7에 도시된 소스 전극층(435a)에 이르는 개구 및 그 개구에 형성된 배선층들(437 및 438)로서, 개구 및 배선층은 산화물 반도체층(432)과 겹치지 않는 영역에 제공될 수도 있다.An opening (contact hole) reaching the source electrode layer 435a is formed in the oxide insulating layer 407 and the protective insulating layer 408. Wiring layers 437 and 438 are formed in the opening. At the intersection, the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 are stacked with the gate insulating layer 402, the oxide insulating layer 407, and the protective insulating layer 408 interposed therebetween. As the opening reaching the source electrode layer 435a shown in FIG. 7 and wiring layers 437 and 438 formed in the opening, the opening and the wiring layer may be provided in a region that does not overlap with the oxide semiconductor layer 432.

이러한 방식으로, 게이트 전극층(게이트 배선층)은 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속되는 배선층과, 박막 트랜지스터의 산화물 반도체층을 커버하는 절연층 및 게이트 절연층을 그 사이에 개재하여 교차한다. 박막 트랜지스터의 게이트 전극층이 소스 전극층 및 드레인 전극층과 산화물 반도체층 위에서 부분적으로 겹친다는 것을 제외하고, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 전극층 또는 드레인 전극층의 적층 구조는 형성되지 않는다.In this way, the gate electrode layer (gate wiring layer) intersects the wiring layer electrically connected to the source electrode layer or the drain electrode layer, the insulating layer covering the oxide semiconductor layer of the thin film transistor, and the gate insulating layer therebetween. A stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source electrode layer or the drain electrode layer is not formed, except that the gate electrode layer of the thin film transistor partially overlaps the source electrode layer, the drain electrode layer, and the oxide semiconductor layer.

따라서, 게이트 전극층, 게이트 절연층, 및 소스 전극층 또는 드레인 전극층의 적층 구조에 의해 형성되는 기생 용량이 감소될 수 있어서, 반도체 장치의 저전력 소비가 실현될 수 있다.Accordingly, the parasitic capacitance formed by the stacked structure of the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the source electrode layer or the drain electrode layer can be reduced, so that low power consumption of the semiconductor device can be realized.

평탄화 절연층(409)이 배선층(438), 소스 배선층(423), 및 보호 절연층(408) 위에 형성되고, 화소 전극층(427)이 평탄화 절연층(409) 위에 형성된다. 화소 전극층(427)은 평탄화 절연층(409)에 형성된 개구를 통해 배선층(438)과 접촉하고 있고 박막 트랜지스터(430)는 배선층들(437 및 438)을 통해 화소 전극층(427)에 전기적으로 접속된다.A planarization insulating layer 409 is formed on the wiring layer 438, the source wiring layer 423, and the protective insulating layer 408, and a pixel electrode layer 427 is formed on the planarization insulating layer 409. The pixel electrode layer 427 is in contact with the wiring layer 438 through an opening formed in the planarization insulating layer 409, and the thin film transistor 430 is electrically connected to the pixel electrode layer 427 through the wiring layers 437 and 438. .

소스 전극층(435a) 및 드레인 전극층(435b) 각각은, 박막 금속 도전막을 사용함으로써 투광성 도전막으로서 형성될 수 있다.Each of the source electrode layer 435a and the drain electrode layer 435b can be formed as a light-transmitting conductive film by using a thin metal conductive film.

또한, 도 7에서, 박막 트랜지스터(430)의 게이트 전극층(431)은 또한 투광성 도전막을 사용하여 형성된다.In addition, in FIG. 7, the gate electrode layer 431 of the thin film transistor 430 is also formed using a light-transmitting conductive film.

게이트 전극층(431)의 재료로서, 가시광을 투과시키는 도전재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 아래의 금속 산화물: In-Sn-O계 금속 산화물, In-Sn-Zn-O계 금속 산화물, In-Al-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Al-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Al-Zn-O계 금속 산화물, In-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Zn-O계 금속 산화물, Al-Zn-O계 금속 산화물, In-O계 금속 산화물, Sn-O계 금속 산화물, Zn-O계 금속 산화물이 사용될 수 있다. 그것의 두께는 50 nm 이상 300 nm 이하의 범위내에서 적절히 설정된다. 게이트 전극층(431)에 대한 금속 산화물의 성막 방법으로서, 스퍼터링법, 진공 증착법(전자빔 증착법 등), 아크 방전 이온 도금법, 또는 스프레이법이 사용된다. 스퍼터링법이 사용될 때, SiO2를 2 중량% 이상 10 중량% 이하 포함하는 타겟을 사용하여 성막이 실시되고, 결정화를 저해하는 SiOx(x > 0)가 투광성 도전막에 포함되어 나중의 단계에서 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리시에 결정화를 방지하는 것이 바람직하다.As the material of the gate electrode layer 431, a conductive material that transmits visible light may be used. For example, any of the following metal oxides: In-Sn-O-based metal oxide, In-Sn-Zn-O-based metal oxide, In-Al-Zn-O-based metal oxide, Sn-Ga-Zn-O-based Metal oxide, Al-Ga-Zn-O based metal oxide, Sn-Al-Zn-O based metal oxide, In-Zn-O based metal oxide, Sn-Zn-O based metal oxide, Al-Zn-O based metal Oxide, In-O-based metal oxide, Sn-O-based metal oxide, and Zn-O-based metal oxide may be used. Its thickness is appropriately set within the range of 50 nm or more and 300 nm or less. As a method of forming a metal oxide on the gate electrode layer 431, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method (electron beam vapor deposition method, etc.), an arc discharge ion plating method, or a spray method is used. When the sputtering method is used, film formation is performed using a target containing 2% by weight or more and 10% by weight or less of SiO 2 , and SiOx (x> 0), which inhibits crystallization, is included in the translucent conductive film and is dehydrated in a later step. It is desirable to prevent crystallization during heat treatment for conversion or dehydrogenation.

이러한 방식으로, 박막 트랜지스터(430)는 투광성 박막 트랜지스터로서 형성될 수 있다.In this way, the thin film transistor 430 can be formed as a translucent thin film transistor.

박막 트랜지스터(430)가 제공된 화소에서, 화소 전극층(427), (용량 전극층과 같은) 다른 전극층, 또는 (용량 배선층과 같은) 배선층이 가시광을 투과하는 도전막을 사용하여 형성되어, 높은 개구율을 갖는 표시 장치가 실현된다. 물론, 게이트 절연층(402), 산화물 절연층(407), 및 보호 절연층(408)을 형성하기 위해 가시광을 투과하는 막들을 사용하는 것이 바람직하다.In a pixel provided with the thin film transistor 430, a pixel electrode layer 427, another electrode layer (such as a capacitor electrode layer), or a wiring layer (such as a capacitor wiring layer) is formed using a conductive film that transmits visible light, and has a high aperture ratio. The device is realized. Of course, it is preferable to use films that transmit visible light to form the gate insulating layer 402, the oxide insulating layer 407, and the protective insulating layer 408.

본 명세서에서, 가시광을 투과하는 막은 가시광의 투과율이 75% 내지 100%인 두께를 갖는 막을 의미한다. 그 막이 도전성을 갖는 경우에서, 막은 또한 투명 도전막으로서 칭한다. 또한, 가시광에 대해 반투명인 도전막이 게이트 전극층, 소스 전극층, 드레인 전극층, 화소 전극층, 또는 다른 전극층 또는 다른 배선층에 적용된 금속 산화물로서 사용될 수도 있다. 가시광에 대한 반투명성은 가시광의 투과율이 50% 내지 75%라는 것을 의미한다.In the present specification, a film that transmits visible light refers to a film having a thickness of 75% to 100% of visible light transmittance. In the case where the film has conductivity, the film is also referred to as a transparent conductive film. Further, a conductive film that is translucent to visible light may be used as a metal oxide applied to a gate electrode layer, a source electrode layer, a drain electrode layer, a pixel electrode layer, or another electrode layer or another wiring layer. Translucency to visible light means that the transmittance of visible light is 50% to 75%.

박막 트랜지스터(430)가 투광성을 갖기 때문에, 개구율이 향상될 수 있다. 특히, 10 인치 이하의 소형 액정 표시 패널에 있어서, 화소의 크기가 예를 들어, 게이트 배선들의 수를 증가시킴으로써 표시 화상들의 더 높은 정밀화를 실현하기 위해 감소될 때에도, 높은 개구율이 달성될 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터(430)의 구성 부재에 대해 투광성 막을 사용함으로써, 넓은 시야각을 실현하기 위해 1 화소를 복수의 서브 픽셀로 분할할 때에도 높은 개구율이 실현될 수 있다. 즉, 고밀도 박막 트랜지스터들의 그룹이 배열될 때에도 높은 개구율이 유지될 수 있으며, 표시 영역은 충분한 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 화소가 2개 내지 4개의 서브 픽셀을 포함하는 경우에서, 박막 트랜지스터가 투광성을 갖기 때문에, 개구율은 향상될 수 있다. 또한, 저장 용량이 박막 트랜지스터의 컴포넌트와 동일한 단계에 의해 동일한 재료를 사용하여 형성될 수도 있어서, 저장 용량은 투광성을 가질 수 있고, 이에 의해, 개구율이 더 향상될 수 있다.Since the thin film transistor 430 has light transmittance, the aperture ratio can be improved. Particularly, in a small liquid crystal display panel of 10 inches or less, a high aperture ratio can be achieved even when the size of the pixel is reduced to realize higher precision of display images, for example, by increasing the number of gate wirings. Further, by using a light-transmitting film for the constituent member of the thin film transistor 430, a high aperture ratio can be realized even when one pixel is divided into a plurality of sub-pixels in order to realize a wide viewing angle. That is, even when groups of high-density thin film transistors are arranged, a high aperture ratio can be maintained, and the display area can have a sufficient area. For example, in the case where one pixel includes 2 to 4 sub-pixels, since the thin film transistor has light-transmitting properties, the aperture ratio can be improved. Further, since the storage capacity may be formed using the same material by the same steps as the components of the thin film transistor, the storage capacity may have light transmission properties, whereby the aperture ratio may be further improved.

이러한 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 5)(Embodiment 5)

실시형태 5에서, 박막 트랜지스터의 제작 공정에서 실시형태 1과 상이한 예가 도 8을 참조하여 설명된다. 도 8은, 공정의 일부에서 차이가 있다는 점을 제외하고는 도 1a1, 도 1a2, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2f와 동일하고, 따라서, 동일한 부분들은 동일한 참조 부호들로 표기되고, 동일한 부분들의 상세한 설명은 생략된다.In Embodiment 5, an example different from Embodiment 1 in the manufacturing process of a thin film transistor is described with reference to FIG. 8. Fig. 8 is the same as Figs. 1A1, 1A2, 1B, and 2A to 2F, except that there is a difference in some of the processes, and thus, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the same parts are Detailed description is omitted.

실시형태 1에 따라, 게이트 배선층(421) 및 게이트 전극층(471)이 기판(400) 위에 형성되고, 게이트 절연층(402)이 그 위에 적층된다.According to Embodiment 1, a gate wiring layer 421 and a gate electrode layer 471 are formed over the substrate 400, and a gate insulating layer 402 is stacked thereon.

다음으로, 산화물 반도체막이 형성되고, 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 산화물 반도체층으로 가공된다.Next, an oxide semiconductor film is formed and processed into an island-shaped oxide semiconductor layer by a photolithography process.

다음으로, 산화물 반도체층이 탈수화 또는 탈수소화된다. 탈수화 또는 탈수소화를 위한 제 1 가열 처리의 온도는, 400℃ 이상 750℃ 이하, 바람직하게는 425℃ 이상이다. 온도가 425℃ 이상인 경우에서 가열 처리 시간은 1 시간 이하일 수도 있고, 온도가 425℃ 미만인 경우에서 가열 처리 시간은 1 시간보다 길다. 본 실시형태에서, 기판은 가열 처리 장치의 일 종류인 전기로에 놓이고, 가열 처리는 질소 분위기하에서 산화물 반도체층에 대해 실시되고, 그 후, 산화물 반도체층이 대기에 노출되지 않고, 물 및 수소가 산화물 반도체층으로 침입하는 것이 방지된다. 이러한 방식으로, 산화물 반도체층이 획득된다. 그 후, 고순도 산소 가스, 고순도 N2O 가스, 또는 초건조 공기(-40℃ 이하, 바람직하게는 -60℃ 이하의 노점을 가짐)가 동일한 노에 도입되고 냉각이 실시된다. 물, 수소 등이 산소 가스 또는 N2O 가스에 가능한 한 적게 포함되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 가열 처리 장치로 도입되는 산소 가스 또는 N2O 가스가 6N(99.9999%) 이상, 더욱 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상의 순도(즉, 산소 가스 또는 N2O 가스중의 불순물 농도가 1 ppm 이하, 바람직하게는 0.1 ppm 이하로 설정됨)를 갖는 것이 바람직하다.Next, the oxide semiconductor layer is dehydrated or dehydrogenated. The temperature of the first heat treatment for dehydration or dehydrogenation is 400°C or more and 750°C or less, and preferably 425°C or more. When the temperature is 425°C or higher, the heat treatment time may be 1 hour or less, and when the temperature is less than 425°C, the heat treatment time is longer than 1 hour. In this embodiment, the substrate is placed in an electric furnace, which is a kind of heat treatment apparatus, and the heat treatment is performed on the oxide semiconductor layer under a nitrogen atmosphere, after which the oxide semiconductor layer is not exposed to the atmosphere, and water and hydrogen are Intrusion into the oxide semiconductor layer is prevented. In this way, an oxide semiconductor layer is obtained. Thereafter, high-purity oxygen gas, high-purity N 2 O gas, or ultra-dry air (having a dew point of -40°C or less, preferably -60°C or less) is introduced into the same furnace and cooling is performed. It is preferable that water, hydrogen, or the like is contained as little as possible in the oxygen gas or N 2 O gas. Alternatively, the oxygen gas or N 2 O gas introduced into the heat treatment unit is of a purity of 6N (99.9999%) or more, more preferably 7N (99.99999%) or more (i.e., the impurity concentration in the oxygen gas or N 2 O gas). Is set to 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less).

또한, 가열 처리 장치는 전기로에 한정되지 않고, 예를 들어, GRTA(gas rapid thermal anneal) 장치 또는 LRTA(lamp rapid thermal anneal) 장치와 같은 RTA(rapid thermal anneal) 장치가 사용될 수 있다. LRTA 장치는, 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 또는 고압 수은 램프와 같은 램프로부터 발광하는 광(전자파)의 복사에 의해, 피처리물을 가열하는 장치이다. LRTA 장치에는, 램프 뿐만이 아니라 저항 발열체와 같은 발열체로부터의 열전도 또는 열복사에 의해 가공될 피처리물을 가열하는 장치가 제공될 수도 있다. GRTA는 고온 가스를 사용하여 가열 처리를 실시하는 방법이다. 가스로서, 아르곤과 같은 희가스, 또는 질소와 같은 가열 처리에 의해 가공될 피처리물과 반응하지 않는 불활성 가스가 사용된다. 가열 처리는 RTA법을 사용하여 600℃ 내지 750℃에서 수 분 동안 실시될 수도 있다.Further, the heat treatment device is not limited to an electric furnace, and for example, a rapid thermal anneal (RTA) device such as a gas rapid thermal anneal (GRTA) device or a lamp rapid thermal anneal (LRTA) device may be used. The LRTA device is a device that heats a target object by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, or a high-pressure mercury lamp. . The LRTA apparatus may be provided with a device for heating not only a lamp but also an object to be processed by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element. GRTA is a method of performing heat treatment using a hot gas. As the gas, a rare gas such as argon or an inert gas that does not react with the object to be processed by heat treatment such as nitrogen is used. The heat treatment may be performed at 600° C. to 750° C. for several minutes using the RTA method.

탈수화 또는 탈수소화를 위한 제 1 가열 처리 후에, 가열 처리는 200℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 산소 가스 또는 N2O 가스 분위기하에서 실시될 수도 있다.After the first heat treatment for dehydration or dehydrogenation, the heat treatment may be carried out in an oxygen gas or N 2 O gas atmosphere at a temperature of 200° C. or more and 400° C. or less, preferably 200° C. or more and 300° C. or less.

산화물 반도체층의 제 1 가열 처리는, 섬 형상의 산화물 반도체층으로 가공되기 전에, 산화물 반도체막에 대해 실시될 수 있다. 이 경우에, 제 1 가열 처리 후에, 기판은 가열 장치 외부로 꺼내지고, 포토리소그래피 단계가 실시된다.The first heat treatment of the oxide semiconductor layer may be performed on the oxide semiconductor film before being processed into an island-shaped oxide semiconductor layer. In this case, after the first heat treatment, the substrate is taken out of the heating apparatus, and a photolithography step is performed.

상기 공정을 통해, 산화물 반도체막 전체가 더 높은 저항을 갖도록 산소 과잉 상태로 되고, 즉, I-형화된다. 따라서, 전체가 I-형 도전성을 갖는 산화물 반도체층(472)이 형성된다.Through the above process, the entire oxide semiconductor film becomes an oxygen-excessive state so that the entire oxide semiconductor film has a higher resistance, that is, becomes I-shaped. Accordingly, the oxide semiconductor layer 472 having an I-type conductivity as a whole is formed.

다음으로, 레지스트 마스크가 산화물 반도체층(472) 위에 포토리소그래피 공정에 의해 형성되고, 선택적으로 에칭되어 소스 전극층(475a) 및 드레인 전극층(475b)을 형성하고, 그 후, 산화물 절연층(407)이 스퍼터링법에 의해 형성된다.Next, a resist mask is formed on the oxide semiconductor layer 472 by a photolithography process, and is selectively etched to form the source electrode layer 475a and the drain electrode layer 475b, after which the oxide insulating layer 407 is formed. It is formed by sputtering.

다음으로, 박막 트랜지스터의 전기적 특성의 편차를 감소시키기 위해, 가열 처리가 불활성 가스 분위기 또는 질소 가스 분위기하에서(바람직하게는, 150℃ 이상 350℃ 미만의 온도에서) 실시될 수도 있다. 예를 들어, 가열 처리는 질소 분위기하에서 250℃에서 1 시간 동안 실시된다.Next, in order to reduce the variation in electrical properties of the thin film transistor, the heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere (preferably at a temperature of 150°C or more and less than 350°C). For example, the heat treatment is performed at 250° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

또한, 가열 처리는 대기중에서 100℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 30 시간 이하 동안 실시될 수도 있다. 본 실시형태에서, 가열 처리는 150℃에서 10 시간 동안 실시된다. 이러한 가열 처리는 고정된 가열 온도에서 실시될 수도 있고, 대안적으로, 가열 처리에서의 아래의 변화가 복수 횟수 반복적으로 실시될 수도 있다: 가열 온도가 실온으로부터 100℃ 이상 200℃ 이하의 가열 온도까지 증가되고, 그 후, 실온으로 감소된다. 이러한 가열 처리는 감압하에서 산화물 절연막의 형성 전에 실시될 수도 있다. 감압은 가열 시간이 단축될 수 있게 한다. 이러한 가열 처리로, 수소가 산화물 반도체층으로부터 산화물 절연층으로 도입되고, 따라서, 노멀리 오프 박막 트랜지스터가 획득될 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.Further, the heat treatment may be performed in the air at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for 1 hour or more and 30 hours or less. In this embodiment, the heat treatment is performed at 150° C. for 10 hours. This heating treatment may be carried out at a fixed heating temperature, or alternatively, the following changes in the heat treatment may be repeatedly carried out a plurality of times: the heating temperature is from room temperature to a heating temperature of 100° C. or more and 200° C. or less. Increases, and then decreases to room temperature. Such heat treatment may be performed under reduced pressure before formation of the oxide insulating film. The reduced pressure allows the heating time to be shortened. With this heat treatment, hydrogen is introduced from the oxide semiconductor layer to the oxide insulating layer, and thus, a normally off thin film transistor can be obtained. Accordingly, the reliability of the semiconductor device can be improved.

다음으로, 보호 절연층(408)이 산화물 절연층(407) 위에 형성된다.Next, a protective insulating layer 408 is formed over the oxide insulating layer 407.

다음으로, 포토리소그래피 단계가 레지스트 마스크를 형성하기 위해 실시되고, 에칭이 산화물 절연층(407) 및 보호 절연층(408)의 일부를 제거하기 위해 선택적으로 실시되어, 소스 전극층(475a) 및 드레인 전극층(475b)에 이르는 개구들이 형성된다.Next, a photolithography step is performed to form a resist mask, and etching is selectively performed to remove portions of the oxide insulating layer 407 and the protective insulating layer 408, so that the source electrode layer 475a and the drain electrode layer Openings leading to 475b are formed.

소스 전극층(475a) 및 드레인 전극층(475b)과 접촉하도록 개구들에 스퍼터링법 또는 진공 증착법에 의해 적층 도전층이 형성되고, 레지스트 마스크가 포토리소그래피 단계에 의해 형성된다. 적층 도전층이 선택적으로 에칭되어 배선층들(477a, 477b, 478a, 및 478b), 및 교차부에서 소스 배선층(422 및 423)을 형성한다(도 8 참조).A laminated conductive layer is formed in the openings by sputtering or vacuum evaporation to contact the source electrode layer 475a and the drain electrode layer 475b, and a resist mask is formed by a photolithography step. The stacked conductive layer is selectively etched to form wiring layers 477a, 477b, 478a, and 478b, and source wiring layers 422 and 423 at intersections (see FIG. 8).

이러한 방식으로, 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서, 적은 기생 용량 및 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.In this way, as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and low power consumption can be provided.

산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서, 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.As a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer, a semiconductor device having high reliability can be provided.

이러한 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 6)(Embodiment 6)

실시형태 6에서, 실시형태 1에 있어서, 소스 및 드레인 영역들로서 기능하는 산화물 도전층이 산화물 반도체층과 소스 또는 드레인 전극층들 사이에 제공되는 예가 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 따라서, 실시형태 1과 동일한 것이 적용될 수 있고, 실시형태 1과 동일한 부분들 및 실시형태 1과 유사한 부분들 및 단계들의 설명은 생략된다. 도 9는 공정의 일부에 차이가 있다는 점을 제외하고는, 도 1a1, 도 1a2, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2f와 동일하고, 따라서, 동일한 부분들은 동일한 참조 부호들로 표기되고, 동일한 부분들의 상세한 설명은 생략된다.In Embodiment 6, an example in which an oxide conductive layer functioning as source and drain regions in Embodiment 1 is provided between the oxide semiconductor layer and the source or drain electrode layers will be described with reference to FIG. 9. Accordingly, the same things as in Embodiment 1 can be applied, and descriptions of the same parts as in Embodiment 1 and similar parts and steps as in Embodiment 1 are omitted. 9 is the same as FIGS. 1A1, 1A2, 1B, and 2A to 2F, except that there is a difference in some of the processes, and thus, the same parts are denoted by the same reference numerals, and Detailed description is omitted.

도 9에 도시된 박막 트랜지스터(469)는 채널 에칭된 박막 트랜지스터이고, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극층(411), 게이트 절연층(402), 적어도 채널 형성 영역(413), 고저항 소스 영역(414a), 및 고저항 드레인 영역(414b)을 포함하는 산화물 반도체층(412), 산화물 도전층들(416a 및 416b), 소스 전극층(415a), 및 드레인 전극층(415b)을 포함한다. 또한, 박막 트랜지스터(469)를 커버하고, 채널 형성 영역(413)과 접촉하는 산화물 절연층(407)이 제공되고, 보호 절연층(408)이 그 위에 제공된다. The thin film transistor 469 shown in FIG. 9 is a channel-etched thin film transistor, and on a substrate 400 having an insulating surface, a gate electrode layer 411, a gate insulating layer 402, at least a channel formation region 413, and A resistance source region 414a, and an oxide semiconductor layer 412 including a high resistance drain region 414b, oxide conductive layers 416a and 416b, a source electrode layer 415a, and a drain electrode layer 415b. . Further, an oxide insulating layer 407 covering the thin film transistor 469 and in contact with the channel formation region 413 is provided, and a protective insulating layer 408 is provided thereon.

실시형태 1에 따라, 게이트 배선층(421) 및 게이트 전극층(411)이 기판(400) 위에 형성되고, 게이트 절연층(402)이 그 위에 적층된다. 산화물 반도체막이 게이트 절연층(402) 위에 형성되어, 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층을 형성한다.According to Embodiment 1, a gate wiring layer 421 and a gate electrode layer 411 are formed over the substrate 400, and a gate insulating layer 402 is stacked thereon. An oxide semiconductor film is formed over the gate insulating layer 402 to form a dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer.

산화물 도전층들(416a 및 416b)이 탈수화 또는 탈수소화된 산화물 반도체층 위에 형성된다. 본 실시형태에서, 산화물 도전층들(416a 및 416b)이 산화물 반도체층과 동일한 포토리소그래피 단계에 의해 적절한 형상으로 가공되는 예가 설명되지만, 산화물 도전층들(416a 및 416b)은 소스 전극층 및 드레인 전극층과 동일한 포토리소그래피 단계에 의해 적절한 형상으로 가공될 수도 있다.Oxide conductive layers 416a and 416b are formed over the dehydrated or dehydrogenated oxide semiconductor layer. In this embodiment, an example in which the oxide conductive layers 416a and 416b are processed into an appropriate shape by the same photolithography step as the oxide semiconductor layer is described, but the oxide conductive layers 416a and 416b are It may be processed into an appropriate shape by the same photolithography step.

산화물 도전층들(416a 및 416b)의 형성 방법으로서, 스퍼터링법, 진공 증착법(전자빔 증착법 등), 아크 방전 이온 도금법, 또는 스프레이법이 사용될 수 있다. 산화물 도전층들(416a 및 416b) 각각의 재료는, 산화 아연을 성분으로서 포함하지만 산화 인듐을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 산화물 도전층들(416a 및 416b)에 대한 이러한 재료로서, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄, 산질화 아연 알루미늄, 산화 아연 갈륨 등이 사용될 수 있다. 산화물 도전층들 각각의 두께는 50 nm 이상 300 nm 이하의 범위내에서 적절하게 설정된다. 스퍼터링법을 사용하는 경우에서, SiO2를 2중량% 이상 10중량% 이하 포함하는 타겟을 사용하여, 산화물 도전막에 결정화를 저해하는 SiOx(x > 0)를 포함하게 하여, 나중의 단계에서 탈수화 또는 탈수소화를 위한 가열 처리시에 결정화를 억제하는 것이 바람직하다.As a method of forming the oxide conductive layers 416a and 416b, a sputtering method, a vacuum evaporation method (electron beam evaporation method, etc.), an arc discharge ion plating method, or a spray method may be used. It is preferable that the material of each of the oxide conductive layers 416a and 416b contains zinc oxide as a component but does not contain indium oxide. As such a material for the oxide conductive layers 416a and 416b, zinc oxide, aluminum zinc oxide, aluminum zinc oxynitride, gallium zinc oxide, or the like can be used. The thickness of each of the oxide conductive layers is appropriately set within a range of 50 nm or more and 300 nm or less. In the case of using the sputtering method, a target containing 2% by weight or more and 10% by weight or less of SiO 2 is used, and the oxide conductive film contains SiOx (x> 0), which inhibits crystallization, and is dehydrated in a later step. It is preferable to suppress crystallization during heat treatment for conversion or dehydrogenation.

본 실시형태에서, 산화물 도전층들(416a 및 416b)은 아래와 같이 형성된다: 적절한 형상으로의 가공이 산화물 반도체층과 동일한 포토리소그래피 단계에 의해 실시되고, 에칭이 마스크로서 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 사용하여 실시된다. 산화 아연을 성분으로 포함하는 산화물 도전층들(416a 및 416b)은 예를 들어, 레지스트 박리액과 같은 알칼리성 용액으로 용이하게 에칭될 수 있다.In this embodiment, the oxide conductive layers 416a and 416b are formed as follows: processing into an appropriate shape is carried out by the same photolithography step as the oxide semiconductor layer, and etching is performed by the source electrode layer 415a and drain as a mask. It is implemented using the electrode layer 415b. The oxide conductive layers 416a and 416b including zinc oxide as a component can be easily etched with an alkaline solution such as a resist stripper.

채널 영역을 형성하기 위해 산화물 도전층을 분할하기 위한 에칭 처리가 산화물 반도체층과 산화물 도전층 사이의 에칭 속도의 차이를 이용함으로써 실시된다. 산화물 반도체층 위의 산화물 도전층은 산화물 반도체층과 비교하여 산화물 도전층의 더 높은 에칭 속도를 이용하여 선택적으로 에칭된다.The etching treatment for dividing the oxide conductive layer to form the channel region is performed by using the difference in the etching rate between the oxide semiconductor layer and the oxide conductive layer. The oxide conductive layer over the oxide semiconductor layer is selectively etched using a higher etch rate of the oxide conductive layer compared to the oxide semiconductor layer.

따라서, 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성하기 위해 사용된 레지스트 마스크는 애싱 단계에 의해 제거되는 것이 바람직하다. 박리액을 사용한 에칭의 경우에서, 산화물 도전층들 및 산화물 반도체층이 너무 많이 에칭되지 않도록 (에칭액의 종류, 농도, 및 에칭 시간과 같은) 에칭 조건이 적절하게 조절된다.Accordingly, the resist mask used to form the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b is preferably removed by an ashing step. In the case of etching using a stripper, the etching conditions (such as the type, concentration, and etching time of the etching solution) are appropriately adjusted so that the oxide conductive layers and the oxide semiconductor layer are not etched too much.

산화물 반도체층(412)과 금속 재료를 사용하여 형성된 드레인 전극층(415b) 사이에 제공되는 산화물 도전층(416b)은 저저항 드레인 영역(LRD)(LRN(low resistance n-type conductivity) 영역으로 또한 칭함)으로서 기능한다. 유사하게, 산화물 반도체층(412)과 금속 재료를 사용하여 형성된 소스 전극층(415a) 사이에 제공되는 산화물 도전층(416a)은 저저항 소스인 영역(LRS)(LRN(low resistance n-type conductivity) 영역으로 또한 칭함)으로서 또한 기능한다. 산화물 반도체층, 저저항 드레인 영역, 금속 재료를 사용하여 형성된 드레인 전극층의 구성으로, 트랜지스터의 내압이 더 증가될 수 있다. 구체적으로는, 저저항 드레인 영역의 캐리어 농도는 고저항 드레인 영역(HRD 영역)의 캐리어 농도보다 높고, 바람직하게는 1×1020/cm3 이상 1×1021/cm3 이하의 범위이다.The oxide conductive layer 416b provided between the oxide semiconductor layer 412 and the drain electrode layer 415b formed using a metallic material is also referred to as a low resistance n-type conductivity (LRD) region. ). Similarly, the oxide conductive layer 416a provided between the oxide semiconductor layer 412 and the source electrode layer 415a formed using a metal material is a region that is a low resistance source (LRS) (low resistance n-type conductivity (LRN)). It also functions as a domain). With the configuration of an oxide semiconductor layer, a low-resistance drain region, and a drain electrode layer formed using a metal material, the breakdown voltage of the transistor can be further increased. Specifically, the carrier concentration in the low-resistance drain region is higher than the carrier concentration in the high-resistance drain region (HRD region), and is preferably in the range of 1×10 20 /cm 3 or more and 1×10 21 /cm 3 or less.

산화물 도전층들이 소스 영역 및 드레인 영역으로서 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이에 제공될 때, 소스 영역 및 드레인 영역의 저항은 감소될 수 있고, 트랜지스터의 고속 동작이 실현될 수 있다. 주변 회로(구동 회로)의 주파수 특성을 향상시키기 위해 소스 및 드레인 영역들로서 산화물 도전층을 사용하는 것이 유효하다. 이것은 금속 전극(예를 들어, Ti)과 산화물 반도체층 사이의 접촉이 금속 전극(예를 들어, Ti)과 산화물 도전층 사이의 접촉과 비교하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있기 때문이다.When oxide conductive layers are provided as the source region and drain region between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and high-speed operation of the transistor can be realized. It is effective to use an oxide conductive layer as the source and drain regions in order to improve the frequency characteristics of the peripheral circuit (driving circuit). This is because the contact between the metal electrode (eg Ti) and the oxide semiconductor layer can reduce the contact resistance compared to the contact between the metal electrode (eg Ti) and the oxide conductive layer.

또한, 반도체 장치에서 배선 재료(예를 들어, Mo/Al/Mo)의 일부로서 사용되는 몰리브덴(Mo)이 산화물 반도체층과의 높은 접촉 저항을 갖는다는 문제점이 있었다. 이것은, Mo가 Ti와 비교하여 덜 산화되기 쉽고 산화물 반도체층으로부터 산소를 추출하는 약한 효과를 갖고, Mo와 산화물 반도체층 사이의 접촉 계면이 n형 도전성을 갖도록 변화되지 않기 때문이다. 그러나, 이러한 경우에서도, 산화물 반도체층과 소스 및 드레인 전극층들 사이에 산화물 도전층을 개재함으로써 접촉 저항이 감소될 수 있고, 따라서, 주변 회로(구동 회로)의 주파수 특성이 향상될 수 있다.In addition, there is a problem that molybdenum (Mo) used as a part of a wiring material (for example, Mo/Al/Mo) in a semiconductor device has a high contact resistance with an oxide semiconductor layer. This is because Mo is less susceptible to oxidation than Ti and has a weak effect of extracting oxygen from the oxide semiconductor layer, and the contact interface between Mo and the oxide semiconductor layer is not changed to have n-type conductivity. However, even in this case, the contact resistance can be reduced by interposing the oxide conductive layer between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrode layers, and thus, the frequency characteristics of the peripheral circuit (driving circuit) can be improved.

박막 트랜지스터의 채널 길이는 산화물 도전층의 에칭시에 결정되고, 따라서, 채널 길이가 더 단축될 수 있다. 예를 들어, 채널 길이(L)는 0.1㎛ 이상 2㎛ 이하로 설정될 수 있고, 이러한 방식으로, 동작 속도가 증가될 수 있다.The channel length of the thin film transistor is determined at the time of etching the oxide conductive layer, and thus the channel length can be further shortened. For example, the channel length L may be set to 0.1 μm or more and 2 μm or less, and in this way, the operation speed may be increased.

이러한 실시형태는 임의의 다른 실시형태들과 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

이러한 방식으로, 적은 기생 용량 및 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.In this way, a semiconductor device having a small parasitic capacitance and a low power consumption can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치가 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치로서 제공될 수 있다.A semiconductor device having high reliability can be provided as a semiconductor device including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer.

(실시형태 7)(Embodiment 7)

실시형태 7에서, 도 10은 그 단면에서 볼 때 산화물 반도체층이 질화물 절연막에 의해 둘러싸이는 예를 예시한다. 도 10은, 산화물 절연층의 상면 형상 및 단부의 위치, 및 게이트 절연층의 구성에서 차이가 존재한다는 점을 제외하고, 도 1a1, 도 1a2, 및 도 1b와 동일하고, 따라서, 동일한 부분들은 동일한 참조 부호들에 의해 표시되고, 동일한 부분들의 상세한 설명은 생략된다.In Embodiment 7, Fig. 10 exemplifies an example in which the oxide semiconductor layer is surrounded by a nitride insulating film when viewed in its cross section. 10 is the same as FIGS. 1A1, 1A2, and 1B, except that there is a difference in the shape of the top surface and the position of the end of the oxide insulating layer, and the configuration of the gate insulating layer, and thus, the same parts are the same. Denoted by reference numerals, and detailed descriptions of the same parts are omitted.

도 10에 도시된 박막 트랜지스터(410)는 채널 에칭된 박막 트랜지스터이고, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극층(411), 질화물 절연막을 사용하여 형성된 제 1 게이트 절연층(492a), 산화물 절연막을 사용하여 형성된 제 2 게이트 절연층(492b), 적어도 채널 형성 영역(413), 고저항 소스 영역(414a), 및 고저항 드레인 영역(414b)을 포함하는 산화물 반도체층(412), 소스 전극층(415a), 및 드레인 전극층(415b)을 포함한다. 또한, 박막 트랜지스터(410)를 커버하고, 산화물 반도체층(412)의 채널 형성 영역과 접촉하는 산화물 절연층(497b)이 제공된다. 보호 절연층(498)이 산화물 절연층(497b) 위에 제공된다.The thin film transistor 410 shown in FIG. 10 is a channel-etched thin film transistor, and on a substrate 400 having an insulating surface, a gate electrode layer 411, a first gate insulating layer 492a formed using a nitride insulating film, and an oxide A second gate insulating layer 492b formed using an insulating film, an oxide semiconductor layer 412 including at least a channel formation region 413, a high resistance source region 414a, and a high resistance drain region 414b, and a source electrode layer 415a and a drain electrode layer 415b. Further, an oxide insulating layer 497b is provided that covers the thin film transistor 410 and contacts the channel formation region of the oxide semiconductor layer 412. A protective insulating layer 498 is provided over the oxide insulating layer 497b.

산화물 절연층(497b) 및 보호 절연층(498)에는, 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)에 이르는 개구들(콘택트 홀들)이 형성된다. 배선층들(417a 및 418a)이 개구들 중 하나에 형성되고, 배선층들(417b 및 418b)이 개구들 중 다른 하나에 형성된다. 교차부에서, 게이트 배선층(421) 및 소스 배선층들(422 및 423)이 게이트 절연층(402), 산화물 절연층(497a) 및 보호 절연층(498)이 그 사이에 개재되어 적층된다.In the oxide insulating layer 497b and the protective insulating layer 498, openings (contact holes) reaching the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b are formed. Wiring layers 417a and 418a are formed in one of the openings, and wiring layers 417b and 418b are formed in the other of the openings. At the intersection, the gate wiring layer 421 and the source wiring layers 422 and 423 are stacked with a gate insulating layer 402, an oxide insulating layer 497a, and a protective insulating layer 498 interposed therebetween.

본 실시형태에서의 박막 트랜지스터(410)에서, 게이트 절연층은 질화물 절연막 및 산화물 절연막이 게이트 전극층 측에 적층되는 적층 구조를 갖는다. 산화물 절연층의 개구들을 형성할 때, 제 2 게이트 절연층의 산화물 절연막이 또한 선택적으로 제거되어, 질화물 절연막의 일부를 노출시킨다.In the thin film transistor 410 in this embodiment, the gate insulating layer has a stacked structure in which a nitride insulating film and an oxide insulating film are stacked on the side of the gate electrode layer. When forming the openings of the oxide insulating layer, the oxide insulating film of the second gate insulating layer is also selectively removed, exposing a part of the nitride insulating film.

위에서 볼 때, 적어도 산화물 반도체층(412)이 산화물 절연층(497b) 및 제 2 게이트 절연층(492b)의 내부에 있고, 산화물 절연층(497b) 및 제 2 게이트 절연층(492b)이 박막 트랜지스터를 커버하는 것이 바람직하다.As viewed from above, at least the oxide semiconductor layer 412 is inside the oxide insulating layer 497b and the second gate insulating layer 492b, and the oxide insulating layer 497b and the second gate insulating layer 492b are thin film transistors. It is desirable to cover.

또한, 질화물 절연막을 사용하여 형성된 보호 절연층(498)은 산화물 절연층(497b)의 상면 및 측면을 커버하여, 제 1 게이트 절연층(492a)의 질화물 절연막과 접촉하도록 형성된다.Further, the protective insulating layer 498 formed by using the nitride insulating film is formed to cover the top and side surfaces of the oxide insulating layer 497b and to contact the nitride insulating film of the first gate insulating layer 492a.

질화물 절연막을 사용하여 각각 형성되는 보호 절연층(498) 및 제 1 게이트 절연층(492a) 각각으로서, 수분, 수소 이온, 및 OH-과 같은 불순물을 가능한 한 적게 포함하고, 외부로부터 불순물의 침입을 차단하는 무기 절연막이 사용되고, 예를 들어, 스퍼터링법 또는 플라즈마 CVD법에 의해 획득된 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막, 산화 질화 알루미늄막이 사용된다.Each of the protective insulating layer 498 and the first gate insulating layer 492a each formed using a nitride insulating film, contains as little impurities as possible such as moisture, hydrogen ions, and OH −, and prevents invasion of impurities from the outside. An inorganic insulating film to block is used, for example, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum nitride film, and an aluminum oxynitride film obtained by a sputtering method or a plasma CVD method are used.

본 실시형태에서, 질화물 절연막을 사용하여 형성된 보호 절연층(498)으로서, 산화물 반도체층(412)의 상면 및 측면을 커버하도록 100 nm의 두께를 갖는 질화 실리콘막이 RF 스퍼터링법에 의해 제공된다. 또한, 보호 절연층(498)은 질화물 절연막을 사용하여 형성된 제 1 게이트 절연층(492a)과 접촉한다.In this embodiment, as the protective insulating layer 498 formed using the nitride insulating film, a silicon nitride film having a thickness of 100 nm so as to cover the top and side surfaces of the oxide semiconductor layer 412 is provided by RF sputtering. Further, the protective insulating layer 498 contacts the first gate insulating layer 492a formed using a nitride insulating film.

도 10에 예시된 구조로, 질화물 절연막을 사용하여 형성된 보호 절연층(498)의 형성 후의 제작 프로세스에서 외부로부터의 수분의 침입이 방지될 수 있다. 또한, 장치가 액정 표시 장치와 같은 반도체 장치로서 완성된 후에도, 외부로부터의 수분의 침입이 장기적으로 방지될 수 있고, 따라서, 장치의 장기간의 신뢰성이 향상될 수 있다.With the structure illustrated in Fig. 10, intrusion of moisture from the outside can be prevented in the manufacturing process after the formation of the protective insulating layer 498 formed using the nitride insulating film. Further, even after the device is completed as a semiconductor device such as a liquid crystal display device, intrusion of moisture from the outside can be prevented for a long time, and thus, the long-term reliability of the device can be improved.

본 실시형태에서, 하나의 박막 트랜지스터가 질화물 절연막에 의해 둘러싸이지만, 본 발명은 특별하게 한정되지 않고, 복수의 박막 트랜지스터가 질화물 절연막에 의해 둘러싸일 수도 있거나, 화소부의 복수의 박막 트랜지스터가 질화물 절연막에 의해 일괄적으로 둘러싸일 수도 있다. 보호 절연층(498) 및 제 1 게이트 절연층(492a)이 서로 접촉하는 영역이 적어도 액티브 매트릭스 기판의 화소부를 둘러싸도록 형성된다.In this embodiment, one thin film transistor is surrounded by a nitride insulating film, but the present invention is not particularly limited, and a plurality of thin film transistors may be surrounded by a nitride insulating film, or a plurality of thin film transistors in the pixel portion are attached to the nitride insulating film. It may be enclosed collectively by. A region in which the protective insulating layer 498 and the first gate insulating layer 492a contact each other is formed to surround at least a pixel portion of the active matrix substrate.

이러한 실시형태는 다른 실시형태들과 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 8)(Embodiment 8)

실시형태 8에서, 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나에 따른 박막 트랜지스터 및 전계 발광을 사용하는 발광 소자를 사용하여 액티브 매트릭스 발광 표시 장치를 제작하는 일례가 설명될 것이다.In Embodiment 8, an example of manufacturing an active matrix light emitting display device using the thin film transistor according to any one of Embodiments 1 to 7 and the light emitting element using electroluminescence will be described.

전계 발광을 사용하는 발광 소자는, 발광 재료가 유기 화합물 또는 무기 화합물인지에 따라 분류된다. 일반적으로, 전자는 유기 EL 소자로 칭하고, 후자는 무기 EL 소자로 칭한다.Light-emitting elements using electroluminescence are classified according to whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. In general, the former is referred to as an organic EL element, and the latter is referred to as an inorganic EL element.

유기 EL 소자에서, 발광 소자에게 전압을 인가함으로써, 전자들 및 정공들이 한 쌍의 전극으로부터 발광 유기 화합물을 포함하는 층에 주입되어 전류가 흐른다. 캐리어들(전자들 및 정공들)이 재결합됨으로써, 발광 유기 화합물이 여기된다. 발광 유기 화합물은 여기 상태로부터 기저 상태로 복귀함으로써, 발광한다. 이러한 메카니즘으로 인해, 이러한 발광 소자를 전류 여기형 발광 소자로 칭한다.In an organic EL device, by applying a voltage to a light emitting device, electrons and holes are injected from a pair of electrodes into a layer containing a light emitting organic compound, so that a current flows. By recombining the carriers (electrons and holes), the light-emitting organic compound is excited. The light-emitting organic compound emits light by returning from the excited state to the ground state. Due to this mechanism, this light-emitting element is referred to as a current-excited light-emitting element.

무기 EL 소자들은 그들의 소자 구성에 따라, 분산형 무기 EL 소자와 박막형 무기 EL 소자로 분류된다. 분산형 무기 EL 소자는 발광 재료의 입자들이 바인더중에 분산된 발광층을 가지며, 그것의 발광 메커니즘은 도너 준위 및 억셉터-준위를 이용하는 도너 억셉터 재결합형 발광이다. 박막형 무기 EL 소자는, 발광층이 유전체층들 사이에 샌드위치된 구조를 갖고, 유전체층들은 전극들 사이에서 또한 샌드위치되며, 박막형 무기 EL 소자의 발광 메커니즘은 금속 이온의 내각 전자 천이를 이용하는 국재형 발광이다. 본 실시형태에서, 유기 EL 소자가 설명을 위한 발광 소자로서 사용된다.Inorganic EL elements are classified into distributed type inorganic EL elements and thin-film type inorganic EL elements according to their element configuration. The dispersed inorganic EL element has a light emitting layer in which particles of a light emitting material are dispersed in a binder, and its light emitting mechanism is a donor acceptor recombination type light emission using a donor level and an acceptor-level. The thin-film inorganic EL element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between dielectric layers, the dielectric layers are also sandwiched between electrodes, and the light emitting mechanism of the thin-film inorganic EL element is localized light emission using internal electron transition of metal ions. In this embodiment, an organic EL element is used as a light emitting element for explanation.

도 11은, 반도체 장치의 예로서 디지털 시간 계조 구동이 적용될 수 있는 화소 구성의 일례를 예시한다.11 illustrates an example of a pixel configuration to which digital time gray scale driving can be applied as an example of a semiconductor device.

디지털 시간 계조 구동이 적용될 수 있는 화소의 구성 및 동작이 설명된다. 본 실시형태에서, 하나의 화소는 산화물 반도체층을 사용하는 채널 형성 영역을 각각 포함하는 2개의 n 채널 트랜지스터들을 포함한다.The configuration and operation of a pixel to which digital time grayscale driving can be applied will be described. In this embodiment, one pixel includes two n-channel transistors each including a channel formation region using an oxide semiconductor layer.

화소(6400)는 스위칭 트랜지스터(6401), 구동 트랜지스터(6402), 발광 소자(6404) 및 용량(6403)를 포함한다. 스위칭 트랜지스터(6401)의 게이트는 주사선(6406)에 접속되고, 스위칭 트랜지스터(6401)의 제 1 전극(소스 전극 및 드레인 전극 중 하나)은 신호선(6405)에 접속되고, 스위칭 트랜지스터(6401)의 제 2 전극(소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나)은 구동 트랜지스터(6402)의 게이트에 접속된다. 구동 트랜지스터(6402)의 게이트는 용량(6403)를 통해 전원선(6407)에 접속되고, 구동 트랜지스터(6402)의 제 1 전극은 전원선(6407)에 접속되며, 구동 트랜지스터(6402)의 제 2 전극은 발광 소자(6404)의 제 1 전극(화소 전극)에 접속된다. 발광 소자(6404)의 제 2 전극은 공통 전극(6408)에 대응한다. 공통 전극(6408)은 동일 기판 위에 제공된 공통 전위선에 전기적으로 접속된다.The pixel 6400 includes a switching transistor 6401, a driving transistor 6402, a light emitting element 6404, and a capacitor 6403. The gate of the switching transistor 6401 is connected to the scan line 6406, the first electrode (one of the source electrode and the drain electrode) of the switching transistor 6401 is connected to the signal line 6405, and the first electrode of the switching transistor 6401 The second electrode (the other one of the source electrode and the drain electrode) is connected to the gate of the driving transistor 6402. The gate of the driving transistor 6402 is connected to the power line 6407 through the capacitor 6403, the first electrode of the driving transistor 6402 is connected to the power line 6407, and the second electrode of the driving transistor 6402 The electrode is connected to the first electrode (pixel electrode) of the light emitting element 6404. The second electrode of the light emitting element 6404 corresponds to the common electrode 6404. The common electrode 6508 is electrically connected to a common potential line provided on the same substrate.

발광 소자(6404)의 제 2 전극(공통 전극(6408))은 저전원 전위로 설정된다. 저전원 전위는 전원선(6407)으로 설정되는 고전원 전위를 기준으로 저전원 전위 < 고전원 전위를 충족하는 전위라는 것에 유의한다. 저전원 전위로서, 예를 들어 GND, 0 V 등이 이용될 수도 있다. 고전원 전위와 저전원 전위 사이의 전위차가 발광 소자(6404)에 인가되고, 전류가 발광 소자(6404)에 공급되어 발광 소자(6404)가 발광한다. 상기 관점에서, 고전원 전위와 저전원 전위 사이의 전위차가 발광 소자(6404)의 순방향 임계값 전압 이상이 되도록 각각의 전위가 설정된다.The second electrode (common electrode 6408) of the light-emitting element 6404 is set to a low power supply potential. Note that the low power supply potential is a potential that satisfies the low power supply potential <the high power potential based on the high power potential set by the power supply line 6407. As the low power supply potential, for example, GND, 0 V, or the like may be used. A potential difference between the high-power potential and the low-power potential is applied to the light-emitting element 6404, and a current is supplied to the light-emitting element 6404 so that the light-emitting element 6404 emits light. In view of the above, each potential is set so that the potential difference between the high power source potential and the low power source potential is equal to or greater than the forward threshold voltage of the light emitting element 6404.

또한, 용량(6403)는 구동 트랜지스터(6402)의 게이트 용량을 대용함으로써 생략될 수 있다. 구동 트랜지스터(6402)의 게이트 용량은 채널 영역과 게이트 전극 사이에 형성될 수도 있다.Also, the capacitor 6403 may be omitted by substituting the gate capacitance of the driving transistor 6402. The gate capacitance of the driving transistor 6402 may be formed between the channel region and the gate electrode.

전압 입력 전압 구동 방법의 경우에서, 비디오 신호가 구동 트랜지스터(6402)의 게이트에 입력되어서, 구동 트랜지스터(6402)는 충분히 턴 온되거나 턴 오프되는 2개의 상태 중 하나에 있다. 즉, 구동 트랜지스터(6402)는 선형 영역에서 동작한다. 구동 트랜지스터(6402)가 선형 영역에서 동작하기 때문에, 전원선(6407)의 전압보다 높은 전압이 구동 트랜지스터(6402)의 게이트에 인가된다. (전원선 전압 + 구동 트랜지스터(6402)의 Vth) 이상의 전압이 신호선(6405)에 인가된다.In the case of the voltage input voltage driving method, a video signal is input to the gate of the driving transistor 6402, so that the driving transistor 6402 is in one of two states that are sufficiently turned on or turned off. That is, the driving transistor 6402 operates in a linear region. Since the driving transistor 6402 operates in the linear region, a voltage higher than the voltage of the power line 6407 is applied to the gate of the driving transistor 6402. A voltage equal to or higher than (power line voltage + Vth of the driving transistor 6402) is applied to the signal line 6405.

디지털 시간 계조 구동 대신에 아날로그 계조 구동을 실시하는 경우에서, 도 11과 동일한 화소 구성이 입력 신호를 변경함으로써 사용될 수 있다.In the case of performing analog grayscale driving instead of digital time grayscale driving, the same pixel configuration as in Fig. 11 can be used by changing the input signal.

아날로그 계조 구동을 실시하는 경우에서, (발광 소자(6404)의 순방향 전압 + 구동 트랜지스터(6402)의 Vth) 이상의 전압이 구동 트랜지스터(6402)의 게이트에 인가된다. 발광 소자(6404)의 순방향 전압은 원하는 휘도가 획득되는 전압을 칭하고, 적어도 순방향 임계값 전압을 포함한다. 구동 트랜지스터(6402)가 포화 영역에서 동작하는 비디오 신호가 입력되어서, 전류가 발광 소자(6404)에 공급될 수 있다. 구동 트랜지스터(6402)를 포화 영역에서 동작시키기 위해, 전원선(6407)의 전위는 구동 트랜지스터(6402)의 게이트 전위보다 높게 설정된다. 아날로그 비디오 신호가 사용될 때, 비디오 신호에 따라 발광 소자(6404)에 전류를 공급하고 아날로그 계조 구동을 실시하는 것이 가능하다.In the case of performing analog grayscale driving, a voltage equal to or higher than (forward voltage of the light emitting element 6404 + Vth of the driving transistor 6402) is applied to the gate of the driving transistor 6402. The forward voltage of the light emitting element 6404 refers to a voltage at which a desired luminance is obtained, and includes at least a forward threshold voltage. A video signal operating in the saturation region of the driving transistor 6402 is input, so that current may be supplied to the light emitting element 6404. In order to operate the driving transistor 6402 in the saturation region, the potential of the power supply line 6407 is set higher than the gate potential of the driving transistor 6402. When an analog video signal is used, it is possible to supply a current to the light emitting element 6404 according to the video signal and to perform analog gray scale driving.

도 11에 예시된 화소 구성은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 스위치, 저항 소자, 용량, 트랜지스터 또는 논리 회로 등이 도 11에 예시된 화소에 추가될 수도 있다.The pixel configuration illustrated in FIG. 11 is not limited to this. For example, a switch, a resistive element, a capacitor, a transistor, or a logic circuit may be added to the pixel illustrated in FIG. 11.

다음으로, 발광 소자의 구성들이 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 설명된다. 본 실시형태에서, 화소의 단면 구조가 일례로서 n-채널 구동 TFT를 취하여 설명될 것이다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c에 예시된 반도체 장치들에 대해 사용된 구동 TFT들(7001, 7011, 및 7021)은 실시형태 4에 설명된 박막 트랜지스터와 유사한 방식으로 제작될 수 있고, 산화물 반도체층을 각각 포함하는 투광성 박막 트랜지스터들이다.Next, configurations of the light emitting device will be described with reference to FIGS. 12A to 12C. In this embodiment, the cross-sectional structure of the pixel will be described taking the n-channel driving TFT as an example. The driving TFTs 7001, 7011, and 7021 used for the semiconductor devices illustrated in FIGS. 12A, 12B and 12C may be fabricated in a manner similar to the thin film transistor described in Embodiment 4, and an oxide semiconductor layer Translucent thin film transistors each including.

발광 소자로부터 광을 추출하기 위해, 양극 및 음극 중 적어도 하나가 광을 투과한다. 박막 트랜지스터 및 발광 소자가 기판 위에 형성된다. 발광 소자의 구성들로서, 발광이 기판에 대향하는 면을 통해 추출되는 상면 사출 구조; 발광이 기판측상의 면을 통해 추출되는 하면 사출 구조; 및 발광이 기판에 대향하는 면 및 기판측상의 면을 통해 추출되는 양면 사출 구조가 있다. 도 11에 도시된 화소 구성은 이들 사출 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자에 적용될 수 있다.In order to extract light from the light emitting element, at least one of the anode and the cathode transmits light. A thin film transistor and a light emitting device are formed on the substrate. Components of a light emitting device, comprising: a top emission structure in which light emission is extracted through a surface facing a substrate; A lower surface injection structure in which light emission is extracted through a surface on the substrate side; And a double-sided injection structure in which light emission is extracted through a surface facing the substrate and a surface on the side of the substrate. The pixel configuration shown in FIG. 11 can be applied to a light emitting device having any of these ejection structures.

하면 사출 구조를 갖는 발광 소자가 도 12a를 참조하여 설명될 것이다.A light-emitting element having a lower emission structure will be described with reference to FIG. 12A.

도 12a는 구동 TFT(7011)가 n형이고, 광이 발광 소자(7012)로부터 제 1 전극(7013)측으로 사출되는 경우에서의 화소의 단면도이다. 도 12a에서, 구동 TFT(7011)의 드레인 전극층에 전기적으로 접속된 배선층들(7018a 및 7018b)이 형성되고, 그 위에 평탄화 절연층(7036)이 형성된다. 배선층(7018b)은 평탄화 절연층(7036)에 형성된 개구에서 투광성 도전막(7017)과 접촉하고, 구동 TFT(7011) 및 투광성 도전막(7017)을 전기적으로 접속한다. 발광 소자(7012)의 제 1 전극(7013)이 투광성 도전막(7017) 위에 형성되고, EL 층(7014) 및 제 2 전극(7015)이 이러한 순서로 제 1 전극(7013) 위에 적층된다.12A is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving TFT 7011 is n-type and light is emitted from the light emitting element 7012 to the first electrode 7013 side. In Fig. 12A, wiring layers 7018a and 7018b electrically connected to the drain electrode layer of the driving TFT 7011 are formed, and a planarization insulating layer 7036 is formed thereon. The wiring layer 7018b contacts the light-transmitting conductive film 7017 at an opening formed in the planarization insulating layer 7036, and electrically connects the driving TFT 7011 and the light-transmitting conductive film 7017. The first electrode 7013 of the light-emitting element 7012 is formed on the light-transmitting conductive film 7017, and the EL layer 7014 and the second electrode 7015 are stacked on the first electrode 7013 in this order.

투광성 도전막(7017)으로서, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 또는 산화 실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물의 막과 같은 투과성 도전막이 사용될 수 있다.As the light-transmitting conductive film 7017, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, Alternatively, a transparent conductive film such as a film of indium tin oxide to which silicon oxide is added may be used.

발광 소자의 제 1 전극(7013)은 다양한 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(7013)이 음극으로서 사용되는 경우에서, Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Ca, 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 및 임의의 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 또는 Yb 또는 Er과 같은 희토류 금속과 같은 낮은 일함수를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 도 12a에서, 제 1 전극(7013)의 두께는, 광을 투과할 수 있는 두께(바람직하게는, 약 5 nm 내지 30 nm)이다. 예를 들어, 20 nm 두께의 알루미늄막이 제 1 전극(7013)으로서 사용된다.The first electrode 7013 of the light emitting device may be formed using various materials. For example, in the case where the first electrode 7013 is used as a cathode, an alkali metal such as Li or Cs, an alkaline earth metal such as Mg, Ca, or Sr, and an alloy containing any of these (Mg: Ag, Al : Li, etc.), or a material having a low work function, such as a rare earth metal such as Yb or Er, is preferably used. In FIG. 12A, the thickness of the first electrode 7013 is a thickness capable of transmitting light (preferably, about 5 nm to 30 nm). For example, an aluminum film with a thickness of 20 nm is used as the first electrode 7013.

투광성 도전막과 알루미늄막이 적층되고, 그 후, 선택적으로 에칭되어, 투광성 도전막(7017) 및 제 1 전극(7013)이 형성될 수도 있다는 것에 유의한다. 이 경우에서, 에칭은 동일한 마스크를 사용하여 실시되는 것이 바람직하다.Note that the light-transmitting conductive film and the aluminum film may be laminated and then selectively etched to form the light-transmitting conductive film 7017 and the first electrode 7013. In this case, the etching is preferably performed using the same mask.

제 1 전극(7013)의 주연부는, 격벽(7019)으로 커버된다. 격벽(7019)은 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 에폭시 등의 유기 수지막, 무기 절연막 또는 유기 폴리실록산을 사용하여 형성된다. 격벽(7019)은 특히, 감광성의 수지 재료를 사용하여 제 1 전극(7013) 위에 개구를 갖도록 형성되어, 그 개구의 측벽이 연속한 곡률을 갖는 경사면인 것이 바람직하다. 격벽(7019)으로서 감광성 수지 재료가 사용되는 경우에서, 레지스트 마스크를 형성하는 단계는 생략될 수 있다.The periphery of the first electrode 7013 is covered with a partition wall 7019. The partition wall 7019 is formed using an organic resin film such as polyimide, acrylic, polyamide, or epoxy, an inorganic insulating film, or an organic polysiloxane. In particular, the partition wall 7019 is preferably formed so as to have an opening on the first electrode 7013 using a photosensitive resin material, and the sidewall of the opening is an inclined surface having a continuous curvature. In the case where a photosensitive resin material is used as the partition wall 7019, the step of forming the resist mask may be omitted.

제 1 전극(7013) 및 격벽(7019) 위에 형성되는 EL 층(7014)은 적어도 발광층을 포함할 수도 있고, 단층으로서 형성될 수도 있거나, 복수의 층으로 적층될 수도 있다. EL 층(7014)이 복수의 층으로서 형성될 때, EL 층(7014)은 음극으로서 기능 하는 제 1 전극(7013) 위에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층을 이러한 순서로 적층함으로써 형성될 수도 있다. 이들의 층들 모두를 제공할 필요는 없다.The EL layer 7014 formed on the first electrode 7013 and the partition wall 7019 may include at least a light emitting layer, may be formed as a single layer, or may be stacked in a plurality of layers. When the EL layer 7014 is formed as a plurality of layers, the EL layer 7014 has an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer on the first electrode 7013 functioning as a cathode in this order. It can also be formed by laminating with. It is not necessary to provide all of these layers.

적층 순서는 상기에 한정되지 않고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(7013)상에, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층이 이러한 순서로 적층될 수도 있다. 그러나, 전력 소비를 고려하면, 제 1 전극(7013)을 음극으로서 기능하고, 제 1 전극(7013) 위에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층이 이러한 순서로 적층되는 것이 바람직하고, 이것은 구동 회로부의 전압 증가가 억제될 수 있고 전력 소비가 감소될 수 있기 때문이다.The stacking order is not limited to the above, and on the first electrode 7013 functioning as an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer may be stacked in this order. However, considering power consumption, the first electrode 7013 functions as a cathode, and an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer are stacked in this order on the first electrode 7013. Preferably, this is because an increase in voltage of the driving circuit portion can be suppressed and power consumption can be reduced.

EL 층(7014) 위에 형성되는 제 2 전극(7015)으로서, 다양한 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(7015)이 양극으로서 사용되는 경우에, ZrN, Ti, W, Ni, Pt, Cr과 같은 높은 일함수를 갖는 재료, 또는 ITO, IZO, 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 전극(7015) 위에 차광막(7016), 예를 들어 광을 차광하는 금속, 광을 반사하는 금속 등이 제공된다. 본 실시형태에서, ITO 막이 제 2 전극(7015)으로서 사용되고, Ti 막이 차광막(7016)으로서 사용된다.As the second electrode 7015 formed over the EL layer 7014, various materials can be used. For example, when the second electrode 7015 is used as an anode, a material having a high work function such as ZrN, Ti, W, Ni, Pt, Cr, or a transparent conductive material such as ITO, IZO, or ZnO It is preferable to use. In addition, a light-shielding film 7016, for example, a light-shielding metal, a light-reflecting metal, or the like is provided on the second electrode 7015. In this embodiment, an ITO film is used as the second electrode 7015, and a Ti film is used as the light shielding film 7016.

EL 층(7014)이 제 1 전극(7013) 및 제 2 전극(7015) 사이에 샌드위치된 발광층을 포함하는 영역에 발광 소자(7012)가 대응한다. 도 12a에 예시된 소자 구조의 경우에서, 발광 소자(7012)로부터 발광된 광은, 화살표로 나타낸 바와 같이 제 1 전극(7013)측으로부터 사출된다.The light-emitting element 7012 corresponds to a region in which the EL layer 7014 includes a light-emitting layer sandwiched between the first electrode 7013 and the second electrode 7015. In the case of the element structure illustrated in Fig. 12A, light emitted from the light emitting element 7012 is emitted from the first electrode 7013 side as indicated by an arrow.

도 12a에 도시된 예에서, 투광성 도전막이 게이트 전극층으로서 사용되고, 발광 소자(7012)로부터 발광된 광은 기판을 통해 사출되도록 컬러 필터층(7033)을 통과한다.In the example shown in Fig. 12A, a light-transmitting conductive film is used as the gate electrode layer, and light emitted from the light-emitting element 7012 passes through the color filter layer 7033 to be emitted through the substrate.

컬러 필터층(7033)은 잉크젯법과 같은 액적 토출법, 인쇄법, 포토리소그래피 기술을 사용한 에칭 방법 등에 의해 형성된다.The color filter layer 7033 is formed by a droplet ejection method such as an inkjet method, a printing method, an etching method using a photolithography technique, or the like.

컬러 필터층(7033)은 오버코트층(7034)으로 커버되고, 보호 절연층(7035)으로 또한 커버된다. 얇은 두께를 갖는 오버코트층(7034)이 도 12a에 도시되어 있지만, 오버코트층(7034)은 컬러 필터층(7033)으로 인한 요철을 평탄화하는 기능을 갖는다.The color filter layer 7033 is covered with an overcoat layer 7034, and is also covered with a protective insulating layer 7035. Although the overcoat layer 7034 having a thin thickness is shown in FIG. 12A, the overcoat layer 7034 has a function of flattening irregularities due to the color filter layer 7033.

보호 절연층(7035), 절연층(7032), 및 절연층(7031)에 형성되고, 드레인 전극층에 이르는 콘택트 홀은 격벽(7019)과 겹치도록 제공된다.A contact hole formed in the protective insulating layer 7035, the insulating layer 7032, and the insulating layer 7031 and reaching the drain electrode layer is provided so as to overlap the partition wall 7019.

다음으로, 양면 사출 구조를 갖는 발광 소자가 도 12b를 참조하여 설명된다.Next, a light emitting device having a double-sided injection structure is described with reference to Fig. 12B.

도 12b에서, 구동 TFT(7021)의 드레인 전극층에 전기적으로 접속된 배선층들(7028a 및 7028b)이 형성되고, 그 위에 평탄화 절연층(7046)이 형성된다. 배선층(7028b)은 평탄화 절연층(7046)에 형성된 개구에서 투광성 도전막(7027)과 접촉하고, 구동용 TFT(7021) 및 투광성 도전막(7027)을 전기적으로 접속한다. 투광성 도전막(7027) 위에 발광 소자(7022)의 제 1 전극(7023)이 형성되고, 제 1 전극(7023) 위에 EL 층(7024) 및 제 2 전극(7025)이 이러한 순서로 적층된다.In Fig. 12B, wiring layers 7028a and 7028b electrically connected to the drain electrode layer of the driving TFT 7021 are formed, and a planarization insulating layer 7046 is formed thereon. The wiring layer 7028b contacts the light-transmitting conductive film 7027 at an opening formed in the planarization insulating layer 7046, and electrically connects the driving TFT 7021 and the light-transmitting conductive film 7027. A first electrode 7023 of the light emitting element 7022 is formed on the light-transmitting conductive film 7027, and an EL layer 7024 and a second electrode 7025 are stacked in this order on the first electrode 7023.

투광성 도전막(7027)으로서, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 또는 산화 실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물의 막과 같은 투광성 도전성 도전막이 사용될 수 있다.As the light-transmitting conductive film 7027, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, Alternatively, a transparent conductive conductive film such as a film of indium tin oxide to which silicon oxide is added may be used.

제 1 전극(7023)은 다양한 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(7023)이 음극으로서 사용되는 경우에서, Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Ca, 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 임의의 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 또는 Yb 또는 Er과 같은 희토류 금속과 같은 낮은 일함수를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 제 1 전극(7023)은 음극으로서 작용하고, 제 1 전극(7023)의 두께는 광을 투과할 수 있는 두께(바람직하게는, 약 5nm 내지 30nm)이다. 예를 들어, 20nm 두께의 알루미늄막이 음극으로서 사용된다.The first electrode 7023 may be formed using various materials. For example, in the case where the first electrode 7023 is used as the cathode, an alkali metal such as Li or Cs, an alkaline earth metal such as Mg, Ca, or Sr, an alloy containing any of these (Mg: Ag, Al: Li, etc.), or a material having a low work function, such as a rare earth metal such as Yb or Er, is preferably used. In this embodiment, the first electrode 7023 acts as a cathode, and the thickness of the first electrode 7023 is a thickness capable of transmitting light (preferably, about 5 nm to 30 nm). For example, an aluminum film with a thickness of 20 nm is used as the cathode.

투광성 도전막 및 알루미늄막이 적층될 수도 있고, 그 후, 선택적으로 에칭될 수도 있어서, 투광성 도전막(7027) 및 제 1 전극(7023)이 형성될 수도 있다. 이 경우에서, 에칭은 동일한 마스크를 사용하여 실시될 수 있는 것이 바람직하다.The light-transmitting conductive film and the aluminum film may be stacked, and then selectively etched, so that the light-transmitting conductive film 7027 and the first electrode 7023 may be formed. In this case, it is preferable that the etching can be carried out using the same mask.

제 1 전극(7023)의 주연부는 격벽(7029)으로 커버된다. 격벽(7029)은 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 에폭시 등의 유기 수지막, 무기 절연막 또는 유기 폴리실록산을 사용하여 형성된다. 격벽(7029)은 특히, 감광성의 수지 재료를 사용하여 제 1 전극(7023) 위에 개구를 갖도록 형성되어, 그 개구의 측벽이 연속한 곡률을 갖는 경사면으로서 형성되는 것이 바람직하다. 격벽(7029)으로서 감광성 수지 재료가 사용되는 경우에서, 레지스트 마스크를 형성하는 단계가 생략될 수 있다.The periphery of the first electrode 7023 is covered with a partition wall 7029. The partition wall 7029 is formed using an organic resin film such as polyimide, acrylic, polyamide, or epoxy, an inorganic insulating film, or an organic polysiloxane. In particular, it is preferable that the partition wall 7029 is formed so as to have an opening on the first electrode 7023 using a photosensitive resin material, and the sidewall of the opening is formed as an inclined surface having a continuous curvature. In the case where a photosensitive resin material is used as the partition wall 7029, the step of forming a resist mask can be omitted.

제 1 전극(7023) 및 격벽(7029) 위에 형성된 EL 층(7024)은, 적어도 발광층을 포함할 수도 있고, 단층으로 형성될 수도 있거나 복수의 층으로 적층될 수도 있다. EL 층(7024)이 복수의 층으로서 형성될 때, EL 층(7024)은 음극으로서 기능하는 제 1 전극(7023) 위에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층을 이러한 순서로 적층함으로써 형성될 수도 있다. 이들 층들 모두가 제공될 필요는 없다.The EL layer 7024 formed on the first electrode 7023 and the partition wall 7029 may include at least a light emitting layer, may be formed as a single layer, or may be stacked in a plurality of layers. When the EL layer 7024 is formed as a plurality of layers, the EL layer 7024 has an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer on the first electrode 7023 serving as a cathode in this order. It can also be formed by laminating with. Not all of these layers need to be provided.

적층 순서는 상기에 한정되지 않고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(7023)상에, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층이 이러한 순서로 적층될 수도 있다. 그러나, 전력 소비를 고려하면, 낮은 전력 소비로 인해, 제 1 전극(7023)이 음극으로서 기능하고, 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층이 제 1 전극(7023) 위에 이러한 순서로 적층되는 것이 바람직하다.The stacking order is not limited to the above, and on the first electrode 7023 functioning as an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer may be stacked in this order. However, considering power consumption, due to low power consumption, the first electrode 7023 functions as a cathode, and an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer are on the first electrode 7023. It is preferred that they are stacked in this order.

EL 층(7024) 위에 형성된 제 2 전극(7025)으로서, 다양한 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(7025)이 양극으로서 사용되는 경우에서, ITO, IZO, 또는 ZnO와 같은 높은 일함수를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 산화 실리콘을 포함하는 ITO 막이 양극으로서 기능하는 제 2 전극(7025)으로서 사용된다.As the second electrode 7025 formed over the EL layer 7024, various materials can be used. For example, in the case where the second electrode 7025 is used as an anode, it is preferable to use a material having a high work function such as ITO, IZO, or ZnO. In this embodiment, an ITO film containing silicon oxide is used as the second electrode 7025 functioning as an anode.

발광층을 포함하는 EL 층(7024)이 제 1 전극(7023)과 제 2 전극(7025) 사이에 샌드위치되는 영역에 발광 소자(7022)가 대응한다. 도 12b에 예시된 소자 구조의 경우에서, 발광 소자(7022)로부터 발광된 광은 화살표로 나타내는 바와 같이 제 2 전극(7025)측 및 제 1 전극(7023)측 양자로부터 사출된다.The light-emitting element 7022 corresponds to a region in which the EL layer 7024 including the light-emitting layer is sandwiched between the first electrode 7023 and the second electrode 7025. In the case of the element structure illustrated in Fig. 12B, light emitted from the light emitting element 7022 is emitted from both the second electrode 7025 side and the first electrode 7023 side as indicated by arrows.

도 12b에 도시된 예에서, 투광성 도전막이 게이트 전극층으로서 사용되고, 투광성 박막들이 소스 전극층 및 드레인 전극층으로서 사용되며, 발광 소자(7022)로부터 제 1 전극(7023)측으로 발광된 광이 기판을 통해 사출되도록 컬러 필터층(7043)을 통과할 수 있다.In the example shown in FIG. 12B, a light-transmitting conductive film is used as a gate electrode layer, a light-transmitting thin film is used as a source electrode layer and a drain electrode layer, and light emitted from the light-emitting element 7022 toward the first electrode 7023 is emitted through the substrate. It may pass through the color filter layer 7043.

컬러 필터층(7043)은 잉크젯법과 같은 액적 토출법, 인쇄법, 포토리소그래피 기술을 사용한 에칭 방법 등에 의해 형성된다.The color filter layer 7043 is formed by a droplet ejection method such as an inkjet method, a printing method, an etching method using a photolithography technique, or the like.

컬러 필터층(7043)은 오버코트층(7044)으로 커버되고, 또한 보호 절연층(7045)으로 커버된다.The color filter layer 7043 is covered with an overcoat layer 7044, and also with a protective insulating layer 7045.

보호 절연층(7045), 절연층(7042) 및 절연층(7041)에 형성되고, 드레인 전극층에 이르는 콘택트 홀이 격벽(7029)과 겹치도록 제공된다.A contact hole formed in the protective insulating layer 7045, the insulating layer 7042, and the insulating layer 7041 and reaching the drain electrode layer is provided so as to overlap the partition wall 7029.

양면 사출 구조를 갖는 발광 소자가 사용되고 풀 컬러 표시가 표시면들 양자상에서 실시되는 경우에서, 제 2 전극(7025)측으로부터의 광은 컬러 필터층(7043)을 통과하지 않고, 따라서, 다른 컬러 필터층이 제공된 밀봉 기판이 제 2 전극(7025) 위에 제공되는 것이 바람직하다.In the case where a light-emitting element having a double-sided emitting structure is used and full-color display is carried out on both display surfaces, the light from the second electrode 7025 side does not pass through the color filter layer 7043, and thus, another color filter layer is It is preferable that the provided sealing substrate is provided over the second electrode 7025.

다음으로, 상면 사출 구조를 갖는 발광 소자가 도 12c를 참조하여 설명된다.Next, a light emitting device having a top emission structure will be described with reference to FIG. 12C.

도 12c는 구동 TFT(7001)가 n-채널 TFT이고, 광이 발광 소자(7002)로부터 제 2 전극(7005)으로 발광되는 경우에서 화소의 단면도이다. 도 12c에서, 구동 TFT(7001)의 드레인 전극층에 전기적으로 접속된 배선층들(7008a 및 7008b)이 형성되고, 그 위에 평탄화 절연층(7056)이 형성된다. 배선층(7008b)은 평탄화 절연층(7056)에 형성된 개구에서 발광 소자(7002)의 제 1 전극(7003)과 접촉하고, 구동 TFT(7001) 및 발광 소자(7002)의 제 1 전극(7003)을 전기적으로 접속한다. 제 1 전극(7003) 위에 EL 층(7004) 및 제 2 전극(7005)이 이러한 순서로 적층된다.12C is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving TFT 7001 is an n-channel TFT, and light is emitted from the light emitting element 7002 to the second electrode 7005. In Fig. 12C, wiring layers 7008a and 7008b electrically connected to the drain electrode layer of the driving TFT 7001 are formed, and a planarization insulating layer 7056 is formed thereon. The wiring layer 7008b contacts the first electrode 7003 of the light-emitting element 7002 at an opening formed in the planarization insulating layer 7056, and connects the driving TFT 7001 and the first electrode 7003 of the light-emitting element 7002. Connect electrically. An EL layer 7004 and a second electrode 7005 are stacked on the first electrode 7003 in this order.

또, 제 1 전극(7003)은 다양한 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(7003)이 음극으로서 사용되는 경우에서, Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Ca, 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 임의의 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 또는 Yb 또는 Er과 같은 희토류 금속과 같은 낮은 일함수를 가진 재료를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the first electrode 7003 may be formed using various materials. For example, in the case where the first electrode 7003 is used as a cathode, an alkali metal such as Li or Cs, an alkaline earth metal such as Mg, Ca, or Sr, an alloy containing any of these (Mg: Ag, Al: Li, etc.), or a material with a low work function, such as a rare earth metal such as Yb or Er, is preferably used.

제 1 전극(7003)의 주연부는 격벽(7009)으로 커버된다. 격벽(7009)은 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 에폭시 등의 유기 수지막, 무기 절연막, 또는 유기 폴리실록산을 사용하여 형성한다. 격벽(7009)은 특히, 감광성의 수지 재료를 사용하여 제 1 전극(7003) 위에 개구를 가져, 그 개구의 측벽이 연속한 곡률을 갖는 경사면이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 격벽(7009)으로서 감광성 수지 재료가 사용되는 경우에서, 레지스트 마스크를 형성하는 단계가 생략될 수 있다.The periphery of the first electrode 7003 is covered with a partition wall 7009. The partition wall 7009 is formed using an organic resin film such as polyimide, acrylic, polyamide, or epoxy, an inorganic insulating film, or an organic polysiloxane. In particular, it is preferable that the partition wall 7009 is formed of a photosensitive resin material and has an opening on the first electrode 7003 so that the sidewall of the opening becomes an inclined surface having a continuous curvature. In the case where a photosensitive resin material is used as the partition wall 7009, the step of forming a resist mask may be omitted.

제 1 전극(7003) 및 격벽(7009) 위에 형성된 EL 층(7004)은 적어도 발광층을 포함할 수도 있고, 단층으로 형성되거나 복수의 층이 적층될 수도 있다. EL 층(7004)이 복수의 층으로서 형성될 때, EL 층(7004)은 음극으로서 기능하는 제 1 전극(7003) 위에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층을 이러한 순서로 적층함으로써 형성될 수도 있다. 이들 층들 모두가 형성될 필요는 없다.The EL layer 7004 formed on the first electrode 7003 and the partition wall 7009 may include at least a light emitting layer, may be formed as a single layer, or a plurality of layers may be stacked. When the EL layer 7004 is formed as a plurality of layers, the EL layer 7004 has an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer on the first electrode 7003 functioning as a cathode in this order. It can also be formed by laminating with. Not all of these layers need to be formed.

적층 순서는 상기에 한정되지 않고, 제 1 전극(7003)이 양극으로서 기능하는 경우에서, 제 1 전극(7003) 위에 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층이 이러한 순서로 적층될 수도 있다.The stacking order is not limited to the above, and in the case where the first electrode 7003 functions as an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are in this order on the first electrode 7003. It can also be stacked.

도 12c에서, Ti 막, 알루미늄막, 및 Ti 막이 이러한 순서로 적층된 적층막 위에, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층이 이러한 순서로 적층되고, 그 위에 Mg:Ag 합금 박막 및 ITO의 적층이 형성된다.In Fig. 12C, on the laminated film in which a Ti film, an aluminum film, and a Ti film are stacked in this order, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are stacked in this order, and Mg:Ag A laminate of an alloy thin film and ITO is formed.

그러나, 구동 TFT(7001)가 n-채널 TFT인 경우에서, 제 1 전극(7003) 위에 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 홀 수송층, 및 홀 주입층이 이러한 순서로 적층되는 것이 바람직하고, 이것은 구동 회로에서의 전압 증가가 억제될 수 있고, 전력 소비가 감소될 수 있기 때문이다.However, in the case where the driving TFT 7001 is an n-channel TFT, it is preferable that an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer are stacked in this order on the first electrode 7003, which is This is because an increase in voltage in the driving circuit can be suppressed, and power consumption can be reduced.

제 2 전극(7005)은 투광성 도전성 재료를 사용하여 형성되고, 예를 들어 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물 등의 투광성 도전성 도전막이 사용될 수 있다.The second electrode 7005 is formed using a light-transmitting conductive material, for example, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, and indium including titanium oxide. A light-transmitting conductive conductive film such as tin oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added may be used.

발광층을 포함하는 EL 층(7004)이 제 1 전극(7003)과 제 2 전극(7005) 사이에 샌드위치된 영역에 발광 소자(7002)가 대응한다. 도 12c에 예시된 소자 구조의 경우에서, 발광 소자(7002)로부터 발광된 광은 화살표로 나타낸 바와 같이 제 2 전극(7005)측으로부터 사출된다.The light-emitting element 7002 corresponds to a region in which the EL layer 7004 including the light-emitting layer is sandwiched between the first electrode 7003 and the second electrode 7005. In the case of the device structure illustrated in Fig. 12C, light emitted from the light-emitting element 7002 is emitted from the side of the second electrode 7005 as indicated by an arrow.

도 12c에서, TFT(7001)의 드레인 전극층은, 산화물 절연층(7051), 보호 절연층(7052), 평탄화 절연층(7056), 평탄화 절연층(7053), 및 절연층(7055)에 형성된 콘택트 홀을 통해 제 1 전극(7003)에 전기적으로 접속된다. 평탄화 절연층들(7036, 7046, 7053, 및 7056)은, 폴리이미드, 아크릴, 벤조사이클로부텐, 폴리아미드, 또는 에폭시와 같은 수지 재료를 사용하여 형성된다. 이러한 수지 재료 이외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(phosphosilicate glass), BPSG(borophosphosilicate glass) 등을 사용할 수 있다. 이들의 재료로 형성되는 복수의 절연막을 적층함으로써, 평탄화 절연층들(7036, 7046, 7053, 및 7056)이 형성될 수도 있다는 것에 유의한다. 평탄화 절연층들(7036, 7046, 7053, 및 7056)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 평탄화 절연층들(7036, 7046, 7053, 및 7056)은 그 재료에 의존하여, 스퍼터링법, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이 도포법, 액적 토출법(잉크젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등), 롤 코팅법, 커튼 코팅법, 또는 나이프 코팅법과 같은 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다.In Fig. 12C, the drain electrode layer of the TFT 7001 is an oxide insulating layer 7051, a protective insulating layer 7052, a planarizing insulating layer 7056, a planarizing insulating layer 7053, and a contact formed on the insulating layer 7055. It is electrically connected to the first electrode 7003 through the hole. The planarizing insulating layers 7036, 7046, 7053, and 7056 are formed using a resin material such as polyimide, acrylic, benzocyclobutene, polyamide, or epoxy. In addition to these resin materials, a low dielectric constant material (low-k material), a siloxane-based resin, phosphosilicate glass (PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), or the like can be used. Note that by laminating a plurality of insulating films formed of these materials, planarization insulating layers 7036, 7046, 7053, and 7056 may be formed. The method of forming the planarization insulating layers 7036, 7046, 7053, and 7056 is not particularly limited, and the planarization insulating layers 7036, 7046, 7053, and 7056 depend on the material, sputtering method, spin coating It can be formed by any method such as a method, a dipping method, a spray coating method, a droplet discharge method (ink jet method, screen printing, offset printing, etc.), a roll coating method, a curtain coating method, or a knife coating method.

제 1 전극(7003)과 이웃하는 화소의 제 1 전극을 절연하기 위해 격벽(7009)이 제공된다. 격벽(7009)은 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 또는 에폭시와 같은 유기 수지막, 무기 절연막 또는 유기 폴리실록산을 사용하여 형성된다. 격벽(7009)은 특히, 감광성의 수지 재료를 사용하여 제 1 전극(7003) 위에 개구를 형성하여, 그 개구의 측벽이 연속한 곡률을 갖는 경사면으로서 형성되는 것이 바람직하다. 격벽(7009)에 대해 감광성 수지 재료가 사용되는 경우에서, 레지스트 마스크를 형성하는 단계가 생략될 수 있다.A partition wall 7009 is provided to insulate the first electrode 7003 from the first electrode of a pixel adjacent to the first electrode 7003. The partition wall 7009 is formed using an organic resin film such as polyimide, acrylic, polyamide, or epoxy, an inorganic insulating film, or an organic polysiloxane. In particular, the partition wall 7009 is preferably formed as an inclined surface having a continuous curvature by forming an opening on the first electrode 7003 using a photosensitive resin material. In the case where a photosensitive resin material is used for the partition wall 7009, the step of forming a resist mask may be omitted.

도 12c의 구조에서, 풀 컬러 표시가 실시되는 경우에서, 예를 들어, 발광 소자(7001)가 녹색 발광 소자로서 사용되고, 이웃하는 발광 소자들 중 하나가 적색 발광 소자로서 사용되며, 다른 하나가 청색 발광 소자로서 사용된다. 대안적으로, 3 종류의 발광 소자들 이외에 백색 소자를 포함하는 4 종류의 발광 소자들 사용하여 풀 컬러 표시를 할 수 있는 발광 표시 장치가 제작될 수도 있다.In the structure of FIG. 12C, when full-color display is performed, for example, the light-emitting element 7001 is used as a green light-emitting element, one of the neighboring light-emitting elements is used as a red light-emitting element, and the other is blue. It is used as a light-emitting element. Alternatively, a light-emitting display device capable of displaying a full color may be manufactured using four types of light-emitting elements including white elements in addition to three types of light-emitting elements.

또한, 대안적으로, 도 12c의 구조에서, 배열되는 복수의 발광 소자 모두가 백색 발광 소자일 수도 있고, 컬러 필터 등을 갖는 밀봉 기판이 발광 소자(7002) 위에 배열될 수도 있어서, 풀 컬러 표시를 할 수 있는 발광 표시 장치가 제작될 수도 있다. 백색과 같은 단색을 나타내는 재료가 형성되고, 컬러 필터 또는 컬러 변환층과 조합됨으로써, 풀 컬러 표시가 실시될 수 있다.In addition, alternatively, in the structure of FIG. 12C, all of the plurality of light-emitting elements arranged may be white light-emitting elements, and a sealing substrate having a color filter or the like may be arranged on the light-emitting element 7002, thereby providing full-color display. A capable light-emitting display device may be manufactured. A material exhibiting a single color such as white is formed, and by being combined with a color filter or a color conversion layer, full color display can be performed.

실시형태 1에 기재된 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성하는 단계 및 재료들은 각각 소스 전극층 및 드레인 전극층에 적용될 수 있다. 실시형태 1에 기재된 배선층들(417a 및 418a) 또는 배선층들(417b 및 418b)을 형성하는 단계 및 재료들은 임의의 배선층들(7018a 및 7018b), 배선층들(7028a 및 7028b), 및 배선층들(7008a 및 7008b)에 적용될 수 있다.The steps and materials for forming the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b described in Embodiment 1 can be applied to the source electrode layer and the drain electrode layer, respectively. The steps and materials of forming the wiring layers 417a and 418a or wiring layers 417b and 418b described in Embodiment 1 are arbitrary wiring layers 7018a and 7018b, wiring layers 7028a and 7028b, and wiring layers 7008a. And 7008b).

소스 전극층 및 드레인 전극층은, 0.1 nm 이상 50 nm 이하 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.The source electrode layer and the drain electrode layer are preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced. Accordingly, a semiconductor device having low power consumption including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer can be provided.

물론, 단색 광의 표시가 실시될 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템은 백색 발광을 사용하여 형성될 수도 있거나, 에어리어 컬러 발광 장치가 단색 발광을 사용하여 형성될 수도 있다.Of course, monochromatic light can be displayed. For example, the lighting system may be formed using white light emission, or an area color light emitting device may be formed using monochromatic light emission.

필요하면, 원형 편광판을 포함하는 편광 필름과 같은 광학 필름이 제공될 수도 있다.If necessary, an optical film such as a polarizing film including a circular polarizing plate may be provided.

이러한 실시형태에 유기 EL 소자가 발광 소자로서 설명되지만, 무기 EL 소자가 발광 소자로서 또한 제공될 수 있다.Although the organic EL element is described as a light-emitting element in this embodiment, an inorganic EL element can also be provided as a light-emitting element.

발광 소자의 구동을 제어하는 박막 트랜지스터(구동 TFT)가 발광 소자에 전기적으로 접속되는 예가 설명되지만, 전류 제어를 위한 TFT가 구동 TFT와 발광 소자 사이에 접속될 수도 있다.An example in which a thin film transistor (driving TFT) for controlling driving of the light-emitting element is electrically connected to the light-emitting element is described, but a TFT for current control may be connected between the driving TFT and the light-emitting element.

이러한 실시형태는 다른 실시형태들과 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 9)(Embodiment 9)

실시형태 9에서, 발광 표시 패널(발광 패널로서 또한 칭함)의 외관 및 단면이 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명된다. 도 13a는 제 1 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터 및 발광 소자가 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 씰재에 의해 밀봉되는 패널의 평면도이며, 도 13b는 도 13a의 H-I를 따른 단면도이다.In Embodiment 9, the appearance and cross section of a light-emitting display panel (also referred to as a light-emitting panel) are described with reference to Figs. 13A and 13B. 13A is a plan view of a panel in which a thin film transistor and a light emitting device formed on a first substrate are sealed by a sealing material between the first substrate and the second substrate, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line H-I of FIG. 13A.

제 1 기판(4501) 위에 형성된 화소부(4502), 신호선 구동 회로들(4503a 및 4503b), 및 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b)을 둘러싸도록 씰재(4505)가 제공된다. 또한, 화소부(4502), 신호선 구동 회로(4503a 및 4503b), 및 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b) 위에 제 2 기판(4506)이 제공된다. 따라서, 화소부(4502), 신호선 구동 회로(4503a 및 4503b), 및 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b)은, 제 1 기판(4501), 씰재(4505) 및 제 2 기판(4506)에 의해 충전재(4507)로 밀봉된다. 이러한 방식으로, 외부 공기에 패널이 노출되지 않도록 높은 기밀성 및 적은 탈가스성을 갖는 보호 필름(부착 필름, 자외선 경화 수지 필름 등) 또는 커버 재료로 패널이 패키징(봉입)되는 것이 바람직하다.A sealing material 4505 is provided to surround the pixel portion 4502 formed on the first substrate 4501, the signal line driving circuits 4503a and 4503b, and the scanning line driving circuits 4504a and 4504b. Further, a second substrate 4506 is provided over the pixel portion 4502, the signal line driving circuits 4503a and 4503b, and the scanning line driving circuits 4504a and 4504b. Accordingly, the pixel portion 4502, the signal line driving circuits 4503a and 4503b, and the scanning line driving circuits 4504a and 4504b are filled by the first substrate 4501, the sealing material 4505, and the second substrate 4506. It is sealed with (4507). In this way, it is preferable that the panel is packaged (enclosed) with a protective film (attachment film, ultraviolet curable resin film, etc.) or a cover material having high airtightness and little degassing so that the panel is not exposed to outside air.

제 1 기판(4501) 위에 제공되는 화소부(4502), 신호선 구동 회로(4503a 및 4503b), 및 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b)은 복수의 박막 트랜지스터를 각각 포함한다. 화소부(4502)에 포함되는 박막 트랜지스터(4510) 및 신호선 구동 회로(4503a)에 포함되는 박막 트랜지스터(4509)가 도 13b에 예로서 예시된다.The pixel portion 4502, signal line driving circuits 4503a and 4503b, and scan line driving circuits 4504a and 4504b provided on the first substrate 4501 each include a plurality of thin film transistors. The thin film transistor 4510 included in the pixel portion 4502 and the thin film transistor 4509 included in the signal line driving circuit 4503a are exemplified in FIG. 13B as an example.

실시형태 1 내지 7에 설명되는 산화물 반도체층을 포함하는 높은 신뢰성의 박막 트랜지스터가 화소에서 박막 트랜지스터(4510)로서 사용될 수 있다. 구동 회로에서의 박막 트랜지스터(4509)는 실시형태 1에 설명된 박막 트랜지스터의 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹치도록 도전층이 제공되는 구조를 갖는다. 본 실시형태에서, 박막 트랜지스터들(4509 및 4510)은 n-채널 박막 트랜지스터들이다.A highly reliable thin film transistor including an oxide semiconductor layer described in Embodiments 1 to 7 can be used as the thin film transistor 4510 in a pixel. The thin film transistor 4509 in the driving circuit has a structure in which a conductive layer is provided so as to overlap with the channel formation region of the oxide semiconductor layer of the thin film transistor described in the first embodiment. In this embodiment, the thin film transistors 4509 and 4510 are n-channel thin film transistors.

구동 회로에서의 박막 트랜지스터(4509)의 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹치도록 도전층(4540)이 산화물 절연층(4542) 위에 제공된다. 도전층(4540)이 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹치도록 제공됨으로써, BT 시험에 의한 박막 트랜지스터(4509)의 임계 전압에서의 변화량이 감소될 수 있다. 도전층(4540)의 전위는 박막 트랜지스터(4509)의 게이트 전극층의 전위와 동일하거나 상이할 수도 있고, 도전층(4540)은 또한 제 2 게이트 전극층으로서 기능할 수 있다. 도전층(4540)의 전위는 GND 또는 0V일 수도 있거나, 도전층(4540)은 플로팅 상태에 있을 수도 있다.A conductive layer 4540 is provided over the oxide insulating layer 4452 so as to overlap with the channel formation region of the oxide semiconductor layer of the thin film transistor 4509 in the driving circuit. Since the conductive layer 4540 is provided to overlap the channel formation region of the oxide semiconductor layer, the amount of change in the threshold voltage of the thin film transistor 4509 by the BT test can be reduced. The potential of the conductive layer 4540 may be the same as or different from the potential of the gate electrode layer of the thin film transistor 4509, and the conductive layer 4540 may also function as a second gate electrode layer. The potential of the conductive layer 4540 may be GND or 0V, or the conductive layer 4540 may be in a floating state.

박막 트랜지스터(4510)의 산화물 반도체층을 커버하는 산화물 절연층(4542)이 형성된다. 박막 트랜지스터(4510)의 소스 전극층 또는 드레인 전극층은 박막 트랜지스터 위에 제공되는 산화물 절연층(4542) 및 절연층(4551)에 형성된 개구에서 배선층(4550)에 전기적으로 접속된다. 배선층(4550)은 제 1 전극(4517)과 접촉하여 형성되고, 박막 트랜지스터(4510)는 배선층(4550)을 통해 제 1 전극(4517)에 전기적으로 접속된다.An oxide insulating layer 4452 covering the oxide semiconductor layer of the thin film transistor 4510 is formed. The source electrode layer or the drain electrode layer of the thin film transistor 4510 is electrically connected to the wiring layer 4550 at openings formed in the oxide insulating layer 4452 and insulating layer 4551 provided over the thin film transistor. The wiring layer 4550 is formed in contact with the first electrode 4517, and the thin film transistor 4510 is electrically connected to the first electrode 4517 through the wiring layer 4550.

실시형태 1에 설명된 소스 전극층 또는 드레인 전극층을 형성하는 단계 및 재료들은 소스 전극층 및 드레인 전극층에 적용될 수 있다. 실시형태 1에 설명된 배선층들(417a 및 418a) 또는 배선층들(417b 및 418b)을 형성하는 단계 및 재료들은 배선층(4550)에 적용될 수 있다.The steps and materials for forming the source electrode layer or the drain electrode layer described in Embodiment 1 can be applied to the source electrode layer and the drain electrode layer. The steps and materials for forming the wiring layers 417a and 418a or the wiring layers 417b and 418b described in Embodiment 1 can be applied to the wiring layer 4550.

소스 전극층 및 드레인 전극층은 각각, 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.Each of the source electrode layer and the drain electrode layer is preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less in thickness, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced. Accordingly, a semiconductor device having low power consumption including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer can be provided.

실시형태 1에 설명된 산화물 절연층(407)을 형성하는 단계 및 재료가 산화물 절연층(4542)에 적용될 수 있다.The steps and materials for forming the oxide insulating layer 407 described in Embodiment 1 can be applied to the oxide insulating layer 4452.

발광 소자(4511)의 발광 영역과 겹치도록 컬러 필터층(4545)이 절연층(4551) 위에 형성된다.A color filter layer 4545 is formed on the insulating layer 4451 so as to overlap the light emitting region of the light emitting element 4511.

또한, 컬러 필터층(4545)의 표면 요철을 감소시키기 위해, 컬러 필터층(4545)은 평탄화 절연막으로서 기능하는 오버코트층(4543)으로 커버된다.Further, in order to reduce the surface irregularities of the color filter layer 4545, the color filter layer 4545 is covered with an overcoat layer 4453 serving as a planarizing insulating film.

또한, 절연층(4544)이 오버코트층(4543) 위에 형성된다. 절연층(4544)은 실시형태 1에 설명된 보호 절연층(408)을 형성하는 방식과 유사한 방식으로 형성될 수도 있고, 예를 들어, 질화 실리콘막이 스퍼터링법에 의해 형성될 수도 있다.Further, an insulating layer 4544 is formed over the overcoat layer 4453. The insulating layer 4544 may be formed in a manner similar to the method of forming the protective insulating layer 408 described in Embodiment 1, or, for example, a silicon nitride film may be formed by a sputtering method.

발광 소자(4511)에 포함된 화소 전극인 제 1 전극(4517)은 배선층(4550)을 통해 박막 트랜지스터(4510)의 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 전기적으로 접속된다. 발광 소자(4511)는 제 1 전극(4517), 전계 발광층(4512), 제 2 전극(4513)의 적층 구조를 갖지만, 구성에 대한 제한은 없다. 발광 소자(4511)의 구성은 광이 발광 소자(4511)로부터 추출되는 방향 등에 의존하여 적절히 변경될 수 있다.The first electrode 4517, which is a pixel electrode included in the light emitting element 4511, is electrically connected to a source electrode layer or a drain electrode layer of the thin film transistor 4510 through a wiring layer 4550. The light-emitting element 4511 has a stacked structure of the first electrode 4517, the electroluminescent layer 4512, and the second electrode 4513, but there is no limitation on the configuration. The configuration of the light-emitting element 4511 can be appropriately changed depending on the direction in which light is extracted from the light-emitting element 4511, or the like.

격벽(4520)은, 유기 수지막, 무기 절연막 또는 유기 폴리실록산을 사용하여 형성된다. 격벽(4520)은 개구의 측벽이 연속 곡률을 갖는 경사면으로서 형성되도록 제 1 전극층(4517) 위에 개구를 갖도록 감광성의 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.The partition wall 4520 is formed using an organic resin film, an inorganic insulating film, or an organic polysiloxane. The partition wall 4520 is preferably formed using a photosensitive material to have an opening over the first electrode layer 4517 so that the sidewall of the opening is formed as an inclined surface having a continuous curvature.

전계 발광층(4512)은 단층 또는 적층된 복수의 층으로 형성될 수도 있다.The electroluminescent layer 4512 may be formed as a single layer or a plurality of stacked layers.

발광 소자(4511)로의 산소, 수소, 수분, 이산화탄소 등의 침입을 방지하기 위해, 제 2 전극층(4513) 및 격벽(4520) 위에 보호막이 형성될 수도 있다. 보호막으로서, 질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, DLC 막 등이 형성될 수 있다.In order to prevent intrusion of oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, and the like into the light emitting element 4511, a protective film may be formed on the second electrode layer 4513 and the partition wall 4520. As the protective film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a DLC film, or the like can be formed.

또한, 신호선 구동 회로들(4503a 및 4503b), 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b), 또는 화소부(4502)에 다양한 신호들 및 전위가 FPC들(4518a 및 4518b)로부터 공급된다.In addition, various signals and potentials are supplied from the FPCs 4518a and 4518b to the signal line driving circuits 4503a and 4503b, the scanning line driving circuits 4504a and 4504b, or the pixel portion 4502.

접속 단자 전극(4515)이 발광 소자(4511)에 포함된 제 1 전극층(4517)과 동일한 도전막을 사용하여 형성되고, 단자 전극(4516)은 박막 트랜지스터(4509)에 포함된 소스 및 드레인 전극층들과 동일한 도전막을 사용하여 형성된다.The connection terminal electrode 4515 is formed using the same conductive film as the first electrode layer 4517 included in the light emitting element 4511, and the terminal electrode 4516 includes source and drain electrode layers included in the thin film transistor 4509. It is formed using the same conductive film.

접속 단자 전극(4515)은 FPC(4518a)에 포함된 단자에 이방성 도전막(4519)을 통해 전기적으로 접속된다.The connection terminal electrode 4515 is electrically connected to a terminal included in the FPC 4518a through an anisotropic conductive film 4519.

발광 소자(4511)로부터 광이 추출되는 방향에 위치된 제 2 기판은 투광성을 가질 필요가 있다. 이 경우에서, 유리판, 플라스틱판, 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 필름과 같은 투광성 재료가 제 2 기판(4506)에 대해 사용된다.The second substrate positioned in the direction in which light is extracted from the light emitting device 4511 needs to have light-transmitting properties. In this case, a light-transmitting material such as a glass plate, a plastic plate, a polyester film or an acrylic film is used for the second substrate 4506.

충전재(4507)로서, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체에 추가하여, 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, PVC(polyvinyl chloride), 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, PVB(polyvinyl butyral), 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 질소가 충전재로서 사용된다.As the filler 4507, in addition to an inert gas such as nitrogen or argon, an ultraviolet curing resin or a heat curing resin may be used. For example, PVC (polyvinyl chloride), acrylic, polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB (polyvinyl butyral), or EVA (ethylene vinyl acetate) may be used. For example, nitrogen is used as the filler.

또한, 필요하면, 편광판, 또는 원형 편광판(타원 편광판을 포함함), 위상차 판(λ/4판 또는 λ/2판), 또는 컬러 필터와 같은 광학 필름이 발광 소자의 발광면 위에 적절하게 제공될 수도 있다. 또한, 편광판 또는 원형 편광판에는 반사 방지막이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 표면상의 요철에 의해 반사광이 확산되어 글레어(glare)를 감소시키는 안티-글레어 처리가 실시될 수 있다.In addition, if necessary, a polarizing plate, or a circular polarizing plate (including an elliptically polarizing plate), a retardation plate (λ/4 plate or λ/2 plate), or an optical film such as a color filter may be appropriately provided on the light emitting surface of the light emitting element. May be. In addition, an antireflection film may be provided on the polarizing plate or the circular polarizing plate. For example, an anti-glare treatment may be performed in which reflected light is diffused by irregularities on the surface to reduce glare.

개별적으로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막을 사용하여 형성된 구동 회로들로서, 신호선 구동 회로들(4503a 및 4503b), 및 주사선 구동 회로들(4504a 및 4504b)이 실장될 수도 있다. 대안적으로, 신호선 구동 회로들 또는 그 일부만, 또는 주사선 구동 회로들 또는 그 일부만이 개별적으로 형성되고 실장될 수도 있다. 본 발명은 도 13a 및 도 13b에 예시된 구조에 한정되지 않는다.As driving circuits formed using a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film on an individually prepared substrate, signal line driving circuits 4503a and 4503b and scan line driving circuits 4504a and 4504b may be mounted. Alternatively, the signal line driving circuits or only a part thereof, or the scanning line driving circuits or only a part thereof may be separately formed and mounted. The present invention is not limited to the structure illustrated in FIGS. 13A and 13B.

상기 공정을 통해, 반도체 장치로서 높은 신뢰성의 발광 표시 장치(표시 패널)가 제작될 수 있다.Through the above process, a highly reliable light emitting display device (display panel) as a semiconductor device can be manufactured.

이러한 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 10)(Embodiment 10)

반도체 장치의 일 실시형태인 액정 표시 패널의 외관 및 단면이 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 설명된다. 도 14a 및 도 14b 각각은 박막 트랜지스터들(4010 및 4011) 및 액정 소자(4013)가 제 1 기판(4001)과 제 2 기판(4006) 사이에 씰재(4005)로 밀봉되는 패널의 평면도이다. 도 14b는, 도 14a 또는 도 14c의 선 M-N에 따른 단면도이다.The appearance and cross section of a liquid crystal display panel as an embodiment of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 14A to 14C. 14A and 14B are plan views of a panel in which the thin film transistors 4010 and 4011 and the liquid crystal element 4013 are sealed with a sealing material 4005 between the first substrate 4001 and the second substrate 4006, respectively. 14B is a cross-sectional view taken along line M-N in FIG. 14A or 14C.

제 1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 씰재(4005)가 제공된다. 제 2 기판(4006)이 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004) 위에 제공된다. 따라서, 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004)는 제 1 기판(4001), 씰재(4005) 및 제 2 기판(4006)에 의해, 액정층(4008)과 함께 밀봉된다. 개별적으로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막을 사용하여 형성되는 신호선 구동 회로(4003)가 제 1 기판(4001)상에서 씰재(4005)에 의해 둘러싸인 영역과는 상이한 영역에 실장된다.A sealing material 4005 is provided to surround the pixel portion 4002 and the scanning line driving circuit 4004 provided on the first substrate 4001. A second substrate 4006 is provided over the pixel portion 4002 and the scan line driving circuit 4004. Accordingly, the pixel portion 4002 and the scanning line driving circuit 4004 are sealed together with the liquid crystal layer 4008 by the first substrate 4001, the sealing material 4005, and the second substrate 4006. A signal line driving circuit 4003 formed on an individually prepared substrate using a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film is mounted on the first substrate 4001 in a region different from the region surrounded by the sealing material 4005.

개별적으로 형성된 구동 회로의 접속 방법은 특별히 한정되지 않고, COG 방법, 와이어 본딩 방법, 또는 TAB 방법 등이 사용될 수 있다. 도 14a는, COG 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예를 예시하고, 도 14c는 TAB 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예를 예시한다.A method of connecting individually formed driving circuits is not particularly limited, and a COG method, a wire bonding method, a TAB method, or the like may be used. 14A illustrates an example of mounting the signal line driving circuit 4003 by the COG method, and FIG. 14C illustrates an example of mounting the signal line driving circuit 4003 by the TAB method.

제 1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002) 및 주사선 구동 회로(4004) 각각은 복수의 박막 트랜지스터를 포함한다. 도 14b는 일례로서, 화소부(4002)에 포함되는 박막 트랜지스터(4010) 및 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 박막 트랜지스터(4011)를 예시한다. 박막 트랜지스터들(4010 및 4011)상에, 절연층들(4041, 4042, 4020, 및 4021)이 제공된다.Each of the pixel portion 4002 and the scan line driving circuit 4004 provided on the first substrate 4001 includes a plurality of thin film transistors. 14B illustrates, as an example, a thin film transistor 4010 included in the pixel portion 4002 and a thin film transistor 4011 included in the scan line driving circuit 4004. On the thin film transistors 4010 and 4011, insulating layers 4041, 4042, 4020, and 4021 are provided.

구동 회로에 포함된 박막 트랜지스터(4011) 및 화소에 포함된 박막 트랜지스터(4010)로서, 실시형태 1 내지 7에 설명된 산화물 반도체층을 포함하는 높은 신뢰성의 박막 트랜지스터들이 이용될 수 있다. 본 실시형태에서, 박막 트랜지스터들(4010 및 4011)은 n-채널 박막 트랜지스터들이다.As the thin film transistor 4011 included in the driving circuit and the thin film transistor 4010 included in the pixel, high reliability thin film transistors including the oxide semiconductor layer described in Embodiments 1 to 7 may be used. In this embodiment, the thin film transistors 4010 and 4011 are n-channel thin film transistors.

구동 회로에서의 박막 트랜지스터(4011)의 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹치도록 도전층(4040)이 절연층(4021) 위에 제공된다. 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹치도록 도전층(4040)이 제공됨으로써, BT 시험에 의한 박막 트랜지스터(4011)의 임계 전압의 변화량이 감소될 수 있다. 도전층(4040)의 전위는 박막 트랜지스터(4011)의 게이트 전극층의 전위와 동일하거나 상이할 수도 있고, 도전층(4040)은 또한 제 2 게이트 전극층으로서 기능할 수도 있다. 도전층(4040)의 전위는 GND 또는 0V일 수도 있거나, 도전층(4040)은 플로팅 상태에 있을 수도 있다.A conductive layer 4040 is provided over the insulating layer 4021 so as to overlap with the channel formation region of the oxide semiconductor layer of the thin film transistor 4011 in the driving circuit. Since the conductive layer 4040 is provided to overlap the channel formation region of the oxide semiconductor layer, the amount of change in the threshold voltage of the thin film transistor 4011 by the BT test can be reduced. The potential of the conductive layer 4040 may be the same as or different from the potential of the gate electrode layer of the thin film transistor 4011, and the conductive layer 4040 may also function as a second gate electrode layer. The potential of the conductive layer 4040 may be GND or 0V, or the conductive layer 4040 may be in a floating state.

또한, 액정 소자(4013)의 화소 전극층(4030)은 박막 트랜지스터(4010)의 소스 전극층 또는 드레인 전극층에 배선층(4050)을 통해 전기적으로 접속된다. 액정 소자(4013)의 대향 전극층(4031)이 제 2 기판(4006)에 대해 제공된다. 화소 전극층(4030), 대향 전극층(4031), 및 액정 층(4008)이 서로 겹치는 부분이 액정 소자(4013)에 대응한다. 화소 전극층(4030) 및 대향 전극층(4031)에는 각각 배향막으로서 기능하는 절연층(4032) 및 절연층(4033)이 제공되고, 절연층들(4032 및 4033)이 그 사이에 개재되어 액정층(4008)이 화소 전극층(4030)과 대향 전극층(4031) 사이에 샌드위치된다.Further, the pixel electrode layer 4030 of the liquid crystal element 4013 is electrically connected to a source electrode layer or a drain electrode layer of the thin film transistor 4010 through a wiring layer 4050. The counter electrode layer 4031 of the liquid crystal element 4013 is provided for the second substrate 4006. A portion where the pixel electrode layer 4030, the counter electrode layer 4031, and the liquid crystal layer 4008 overlap each other corresponds to the liquid crystal element 4013. The pixel electrode layer 4030 and the counter electrode layer 4031 are provided with an insulating layer 4032 and an insulating layer 4033 that function as alignment layers, respectively, and insulating layers 4032 and 4033 are interposed therebetween to form a liquid crystal layer 4008. ) Is sandwiched between the pixel electrode layer 4030 and the counter electrode layer 4031.

투광성 기판이 제 1 기판(4001) 및 제 2 기판(4006)으로서 사용될 수 있고, 유리, 세라믹스, 또는 플라스틱이 사용될 수 있다. 플라스틱으로서, FRP(fiberglass-reinforced plastics) 판, PVF(폴리 비닐 플루오라이드) 필름, 폴리에스테르 필름, 또는 아크릴 수지 필름이 사용될 수 있다.A light-transmitting substrate may be used as the first substrate 4001 and the second substrate 4006, and glass, ceramics, or plastic may be used. As the plastic, a fiberglass-reinforced plastics (FRP) plate, a polyvinyl fluoride (PVF) film, a polyester film, or an acrylic resin film can be used.

참조 부호 4035는 절연막을 선택적으로 에칭함으로써 획득된 기둥형 스페이서를 나타내며, 화소 전극층(4030)과 대향 전극층(4031) 사이의 거리(셀 갭)를 제어하기 위해 제공된다. 대안적으로, 구상의 스페이서가 사용될 수도 있다. 또한, 대향 전극층(4031)은 박막 트랜지스터(4010)와 동일한 기판 위에 형성된 공통 전위선에 전기적으로 접속된다. 공통 접속부를 사용하여, 대향 전극층(4031) 및 공통 전위선은 한 쌍의 기판들 사이에 배열된 도전성 입자들에 의해 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 도전성 입자들은 씰재(4005)에 포함된다.Reference numeral 4035 denotes a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating film, and is provided to control the distance (cell gap) between the pixel electrode layer 4030 and the counter electrode layer 4031. Alternatively, spherical spacers may be used. Further, the counter electrode layer 4031 is electrically connected to a common potential line formed on the same substrate as the thin film transistor 4010. Using the common connection, the counter electrode layer 4031 and the common potential line can be electrically connected to each other by conductive particles arranged between a pair of substrates. The conductive particles are included in the sealing material 4005.

대안적으로, 배향막이 불필요한 블루상(blue phase)을 나타내는 액정이 사용될 수도 있다. 블루상은 콜레스테릭 액정의 온도가 증가되는 동안, 콜레스테릭 상이 등방성 상으로 변화하기 직전에 발생되는 액정상들 중 하나이다. 블루상은 단지 좁은 온도 범위에서 발생되기 때문에, 온도 범위를 개선하기 위해 5 중량% 이상의 키랄제(chiral agent)를 함유하는 액정 조성물이 액정층(4008)에 사용된다. 블루상을 나타내는 액정 및 키랄제를 포함하는 액정 조성물은 1msec 이하의 짧은 응답 시간을 갖고, 배향 처리를 불필요하게 만드는 광학적 등방성을 갖고, 작은 시야각 의존성을 갖는다.Alternatively, a liquid crystal exhibiting a blue phase in which an alignment layer is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases generated immediately before the cholesteric phase changes to the isotropic phase while the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased. Since the blue phase only occurs in a narrow temperature range, a liquid crystal composition containing 5% by weight or more of a chiral agent is used in the liquid crystal layer 4008 to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response time of 1 msec or less, has optical isotropy that makes alignment treatment unnecessary, and has a small viewing angle dependence.

본 발명은 또한 투과형 액정 표시 장치 뿐만 아니라 반투과형 액정 표시 장치에 적용될 수 있다.The present invention can also be applied to transflective liquid crystal displays as well as transmissive liquid crystal displays.

편광판이 기판의 외표면(시인측)에 제공되고, 착색층 및 표시 소자에 대해 사용된 전극층이 기판의 내표면상에 제공되지만, 편광판이 기판의 내표면상에 제공될 수도 있는 액정 표시 장치의 예가 설명된다. 편광판 및 착색층의 적층 구조는 이러한 실시형태에 한정되지 않고, 편광판 및 착색층의 재료 또는 제작 공정의 조건에 의존하여 적절히 설정될 수도 있다. 또한, 블랙 매트릭스로서 기능하는 차광막이 표시부 이외에 제공될 수도 있다.A polarizing plate is provided on the outer surface (viewing side) of the substrate, and the colored layer and the electrode layer used for the display element are provided on the inner surface of the substrate, but the polarizing plate is also provided on the inner surface of the substrate. An example is illustrated. The laminated structure of the polarizing plate and the colored layer is not limited to this embodiment, and may be appropriately set depending on the material of the polarizing plate and the colored layer or the conditions of the manufacturing process. Further, a light shielding film functioning as a black matrix may be provided in addition to the display portion.

박막 트랜지스터(4011 및 4010)의 각 산화물 반도체층과 접촉하도록 절연층(4041)이 형성된다. 실시형태 1에 설명된 절연층(407)을 형성하는 재료 및 방법은 절연층(4041)에 적용될 수 있다. 본 실시형태에서, 산화 실리콘막이 실시형태 1을 사용하여 스퍼터링법에 의해 절연층(4041)으로서 형성된다. 보호 절연층(4042)이 절연층(4041)상에 접촉하여 형성된다. 보호 절연층(4042)은 실시형태 1에서 설명된 보호 절연층(408)을 형성하는 방식과 유사한 방식으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 질화 실리콘막이 사용될 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터의 표면 요철을 감소시키기 위해, 보호 절연층(4042)은 평탄화 절연막으로서 기능하는 절연층(4021)으로 커버된다.An insulating layer 4041 is formed to contact the respective oxide semiconductor layers of the thin film transistors 4011 and 4010. The material and method for forming the insulating layer 407 described in Embodiment 1 can be applied to the insulating layer 4041. In this embodiment, a silicon oxide film is formed as the insulating layer 4041 by sputtering using the first embodiment. A protective insulating layer 4042 is formed in contact with the insulating layer 4041. The protective insulating layer 4042 may be formed in a manner similar to the method of forming the protective insulating layer 408 described in Embodiment 1, and, for example, a silicon nitride film may be used. Further, in order to reduce the surface irregularities of the thin film transistor, the protective insulating layer 4042 is covered with an insulating layer 4021 serving as a planarizing insulating film.

절연층(4021)은 평탄화 절연막으로서 형성된다. 절연층(4021)으로서, 폴리이미드, 아크릴, 벤조사이클로부텐, 폴리아미드, 또는 에폭시와 같은 내열성을 갖는 유기 재료가 사용될 수 있다. 이러한 유기 재료 이외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(phosphosilicate glass), BPSG(borophosphosilicate glass) 등을 사용할 수 있다. 절연층(4021)은 이들의 재료를 사용하여 형성되는 복수의 절연막을 적층함으로써 형성될 수도 있다.The insulating layer 4021 is formed as a planarizing insulating film. As the insulating layer 4021, an organic material having heat resistance such as polyimide, acrylic, benzocyclobutene, polyamide, or epoxy may be used. In addition to these organic materials, low dielectric constant materials (low-k materials), siloxane-based resins, phosphosilicate glass (PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), and the like can be used. The insulating layer 4021 may be formed by laminating a plurality of insulating films formed using these materials.

절연층(4021)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 절연층(4021)은 그 재료에 의존하여, 스퍼터링법, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이 도포법, 액적 토출법(예를 들어, 잉크젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄), 롤 코팅법, 커튼 코팅법, 나이프 코팅법 등에 의해 형성될 수 있다. 절연층(4021)의 소성 단계가 반도체층의 어닐링으로서 기능함으로써, 반도체 장치가 효율적으로 제작될 수 있다.The method of forming the insulating layer 4021 is not particularly limited, and the insulating layer 4021 depends on the material, and the sputtering method, spin coating method, dipping method, spray coating method, droplet discharge method (e.g. Method, screen printing, offset printing), roll coating method, curtain coating method, knife coating method, and the like. Since the firing step of the insulating layer 4021 functions as an annealing of the semiconductor layer, a semiconductor device can be efficiently fabricated.

화소 전극층(4030) 및 대향 전극층(4031) 각각은, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하, ITO로 칭함), 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘이 첨가된 인듐 주석 산화물과 같은 투광성 도전성 재료를 사용하여 형성될 수 있다.Each of the pixel electrode layer 4030 and the counter electrode layer 4031 includes indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, indium tin oxide including titanium oxide, and indium tin. It may be formed using a light-transmitting conductive material such as oxide (hereinafter referred to as ITO), indium zinc oxide, and indium tin oxide to which silicon oxide is added.

화소 전극층(4030) 및 대향 전극층(4031)을 형성하기 위해 도전성 고분자(도전성 폴리머로 또한 칭함)를 포함하는 도전성 조성물이 사용될 수 있다. 도전성 조성물을 사용하여 형성된 화소 전극은 10000 Ω/□ 이하의 시트 저항 및 550 nm의 파장에서 70% 이상의 투광율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도전성 조성물에 포함되는 도전성 고분자의 저항율이 0.1 Ωㆍcm 이하인 것이 바람직하다.A conductive composition including a conductive polymer (also referred to as a conductive polymer) may be used to form the pixel electrode layer 4030 and the counter electrode layer 4031. The pixel electrode formed using the conductive composition preferably has a sheet resistance of 10000 Ω/□ or less and a light transmittance of 70% or more at a wavelength of 550 nm. In addition, it is preferable that the resistivity of the conductive polymer contained in the conductive composition is 0.1 Ω·cm or less.

도전성 고분자로서, 소위 π-전자 공액계 도전성 고분자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 이들 중 2개 이상의 종류의 공중합체가 제공될 수 있다.As the conductive polymer, a so-called π-electron conjugated conductive polymer may be used. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, and a copolymer of two or more types of these may be provided.

다양한 신호들 및 전위들이 개별적으로 형성된 신호선 구동 회로(4003), 주사선 구동 회로(4004), 및 화소부(4002)에 FPC(4018)를 통해 공급된다.Various signals and potentials are supplied to the separately formed signal line driving circuit 4003, the scanning line driving circuit 4004, and the pixel portion 4002 through the FPC 4018.

접속 단자 전극(4015)이 액정 소자(4013)에 포함된 화소 전극층(4030)과 동일한 도전막을 사용하여 형성되고, 단자 전극(4016)은 박막 트랜지스터들(4010 및 4011)의 소스 및 드레인 전극층들과 동일한 도전막을 사용하여 형성된다.The connection terminal electrode 4015 is formed using the same conductive film as the pixel electrode layer 4030 included in the liquid crystal element 4013, and the terminal electrode 4016 is formed with source and drain electrode layers of the thin film transistors 4010 and 4011. It is formed using the same conductive film.

접속 단자 전극(4015)은 FPC(4018)에 포함된 단자에 이방성 도전막(4019)을 통해 전기적으로 접속된다.The connection terminal electrode 4015 is electrically connected to a terminal included in the FPC 4018 through an anisotropic conductive film 4019.

도 14a 내지 도 14c는, 신호선 구동 회로(4003)가 제 1 기판(4001)상에 개별적으로 형성되어 실장되는 예를 예시하지만, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다. 주사선 구동 회로는 개별적으로 형성되어 그 후 실장될 수도 있거나, 신호선 구동 회로의 일부 또는 주사선 구동 회로의 일부만이 개별적으로 형성되어 그 후, 실장될 수도 있다.14A to 14C illustrate an example in which the signal line driving circuit 4003 is individually formed and mounted on the first substrate 4001, but the present invention is not limited to this structure. The scanning line driving circuit may be formed individually and then mounted, or a part of the signal line driving circuit or only a part of the scanning line driving circuit may be formed separately and then mounted.

액정 표시 모듈에 대해, TN(twisted nematic) 모드, IPS(in-plane-switching) 모드, FFS(fringe field switching) 모드, MVA(multi-domain vertical alignment) 모드, PVA(patterned vertical alignment) 모드, ASM(axially symmetric aligned micro-cell) 모드, OCB(optically compensated birefringence) 모드, FLC(ferroelectric liquid crystal) 모드, AFLC(antiferroelectric liquid crystal) 모드 등이 사용될 수 있다.For the liquid crystal display module, TN (twisted nematic) mode, IPS (in-plane-switching) mode, FFS (fringe field switching) mode, MVA (multi-domain vertical alignment) mode, PVA (patterned vertical alignment) mode, ASM A (axially symmetric aligned micro-cell) mode, an optically compensated birefringence (OCB) mode, a ferroelectric liquid crystal (FLC) mode, an antiferroelectric liquid crystal (AFLC) mode, and the like may be used.

또한, VA 액정 표시 장치의 일례가 이하에 설명된다.In addition, an example of a VA liquid crystal display device is described below.

VA 액정 표시 장치 액정 표시 패널의 액정 분자의 정렬이 제어되는 형태의 종류를 갖는다. VA 액정 표시 장치에서, 액정 분자는 전압이 인가되지 않을 때 패널 면에 대해 수직 방향으로 정렬된다. 본 실시형태에서, 특히, 화소가 몇 개의 영역(서브픽셀)으로 분할되고, 분자들이 그들의 각각의 영역에서 상이한 방향으로 정렬된다. 이것을 멀티 도메인 또는 멀티 도메인 설계로 칭한다. 이하, 멀티 도메인 설계의 액정 표시 장치가 설명된다.VA liquid crystal display has a type in which the alignment of liquid crystal molecules of a liquid crystal display panel is controlled. In a VA liquid crystal display, liquid crystal molecules are aligned in a direction perpendicular to the panel surface when no voltage is applied. In this embodiment, in particular, pixels are divided into several regions (subpixels), and molecules are aligned in different directions in their respective regions. This is referred to as a multi-domain or multi-domain design. Hereinafter, a liquid crystal display device having a multi-domain design will be described.

도 15 및 도 16 각각은 VA 액정 표시 패널의 화소 구조를 도시한다. 도 16은 기판(600)의 평면도이다. 도 15는 도 16에서 선 Y-Z를 따른 단면 구조를 도시한다. 이하의 설명은 이 양자의 도면을 참조하여 제공된다.15 and 16 each shows a pixel structure of a VA liquid crystal display panel. 16 is a plan view of the substrate 600. 15 shows a cross-sectional structure along the line Y-Z in FIG. 16. The following description is provided with reference to both drawings.

이러한 화소 구조에서, 복수의 화소 전극이 하나의 화소에 제공되고, TFT가 각 화소 전극에 접속된다. 복수의 TFT는 상이한 게이트 신호에 의해 구동되도록 구성된다. 즉, 멀티 도메인 화소들에서 개별 화소 전극들에 인가되는 신호들은 서로 독립적으로 제어된다.In this pixel structure, a plurality of pixel electrodes are provided in one pixel, and a TFT is connected to each pixel electrode. The plurality of TFTs are configured to be driven by different gate signals. That is, signals applied to individual pixel electrodes in the multi-domain pixels are controlled independently of each other.

화소 전극층(624)이 콘택트 홀들(623 및 660)에서 배선(662)을 통해 TFT(628)의 소스 또는 드레인 전극층(618)에 접속된다. 또한, 화소 전극층(626)은 절연층(620) 및 절연층(620)을 커버하기 위해 제공된 절연층(622)에 형성된 콘택트 홀들(627 및 661)에서 배선(663)을 통해 TFT(629)의 소스 또는 드레인 전극층(619)에 접속된다. TFT(628)의 게이트 배선(602)은 상이한 게이트 신호들이 공급되도록 TFT(629)의 게이트 배선(603)과 분리된다. 한편, 데이터선으로서 기능하는 소스 또는 드레인 전극층(619)은 TFT들(628 및 629)에 의해 공유된다. TFT들(628 및 629) 각각으로서, 실시형태 1 내지 7에 설명된 임의의 박막 트랜지스터들이 적절히 사용될 수 있다.The pixel electrode layer 624 is connected to the source or drain electrode layer 618 of the TFT 628 through the wiring 662 in the contact holes 623 and 660. In addition, the pixel electrode layer 626 is formed of the TFT 629 through the wiring 663 in the contact holes 627 and 661 formed in the insulating layer 622 provided to cover the insulating layer 620 and the insulating layer 620. It is connected to the source or drain electrode layer 619. The gate wiring 602 of the TFT 628 is separated from the gate wiring 603 of the TFT 629 so that different gate signals are supplied. On the other hand, the source or drain electrode layer 619 functioning as a data line is shared by the TFTs 628 and 629. As each of the TFTs 628 and 629, any thin film transistors described in Embodiments 1 to 7 can be suitably used.

실시형태 1에 설명된 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성하는 단계 및 재료들은 소스 또는 드레인 전극층들(616, 618 및 619)에 적용될 수 있다. 실시형태 1에 설명된 배선층들(417a 및 418a) 또는 배선층들(417b 및 418b)을 형성하는 단계 및 재료들은 임의의 배선층들(662 및 663)에 적용될 수 있다.The steps and materials for forming the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b described in Embodiment 1 may be applied to the source or drain electrode layers 616, 618 and 619. The steps and materials for forming the wiring layers 417a and 418a or the wiring layers 417b and 418b described in Embodiment 1 can be applied to any of the wiring layers 662 and 663.

소스 전극층 및 드레인 전극층 각각은 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각은 얇은 도전막이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 산화물 반도체층을 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.Each of the source electrode layer and the drain electrode layer is preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers is a thin conductive film, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced. Accordingly, a semiconductor device having low power consumption including a thin film transistor using an oxide semiconductor layer can be provided.

또한, 용량 배선(690)이 제공되고, 게이트 절연층(606)이 그 위에 적층되고, 이것은 화소 전극 또는 화소 전극에 전기적으로 접속되는 용량 전극을 사용하는 저장 용량에서 유전체로서 사용된다.Further, a capacitor wiring 690 is provided, and a gate insulating layer 606 is laminated thereon, which is used as a dielectric in a storage capacitor using a pixel electrode or a capacitor electrode electrically connected to the pixel electrode.

화소 전극층(624)의 형상은 화소 전극층(626)의 형상과 상이하고, 화소 전극층들은 슬릿(625)에 의해 분리된다. 화소 전극층(626)은 V 형상을 갖는 화소 전극층(624)을 둘러싸도록 형성된다. 화소 전극층들(624 및 626)에 대한 전압 인가의 타이밍은 TFT들(628 및 629)에 의해 상이하도록 이루어져서, 액정의 배향이 제어된다. 도 18은 이러한 화소 구성의 등가 회로를 도시한다. TFT(628)는 게이트 배선(602)에 접속되고, TFT(629)는 게이트 배선(603)에 접속된다. 게이트 배선들(602 및 603)에 상이한 게이트 신호들을 공급함으로써, TFT들(628 및 629)의 동작 타이밍이 상이할 수 있다.The shape of the pixel electrode layer 624 is different from the shape of the pixel electrode layer 626, and the pixel electrode layers are separated by a slit 625. The pixel electrode layer 626 is formed to surround the V-shaped pixel electrode layer 624. The timing of voltage application to the pixel electrode layers 624 and 626 is made to be different by the TFTs 628 and 629, so that the orientation of the liquid crystal is controlled. Fig. 18 shows an equivalent circuit of such a pixel configuration. The TFT 628 is connected to the gate wiring 602 and the TFT 629 is connected to the gate wiring 603. By supplying different gate signals to the gate wirings 602 and 603, the operation timing of the TFTs 628 and 629 may be different.

대향 기판(601)에는, 차광막(632), 제 2 착색막(636), 및 대향 전극층(640)이 제공된다. 제 2 착색막(636)과 대향 전극층(640) 사이에는, 오버코트막이라고도 불리는 평탄화막(637)이 형성되어 액정의 배향 혼란을 방지한다. 도 17은 대향 기판측의 구조를 도시한다. 대향 전극층(640)은 복수의 화소에 의해 공유되고 슬릿들(641)이 제공된 전극이다. 슬릿(641) 및 화소 전극층들(624 및 626)측상의 슬릿(625)이 맞물림 방식으로 교대로 배열되어서, 기울기 전계가 효과적으로 발생되고, 액정의 배향이 제어될 수 있다. 따라서, 액정의 배향이 위치에 의존하여 변화될 수 있어서, 시야각이 넓어진다.The counter substrate 601 is provided with a light shielding film 632, a second colored film 636, and a counter electrode layer 640. A planarization film 637, also referred to as an overcoat film, is formed between the second colored film 636 and the counter electrode layer 640 to prevent alignment disturbance of the liquid crystal. 17 shows the structure on the opposite substrate side. The counter electrode layer 640 is an electrode shared by a plurality of pixels and provided with slits 641. The slits 641 and the slits 625 on the side of the pixel electrode layers 624 and 626 are alternately arranged in a meshing manner, so that a gradient electric field is effectively generated and the alignment of the liquid crystal can be controlled. Therefore, the orientation of the liquid crystal can be changed depending on the position, so that the viewing angle is widened.

또한, 화소 전극층(624), 액정층(650) 및 대향 전극층(640)은 서로 겹쳐서, 제 1 액정 소자가 형성된다. 또한, 화소 전극층(626), 액정층(650) 및 대향 전극층(640)이 서로 겹쳐서 제 2 액정 소자가 형성된다. 또한, 제 1 액정 소자 및 제 2 액정 소자가 하나의 화소에 대해 제공되는 멀티-도메인 구조가 이용된다.Further, the pixel electrode layer 624, the liquid crystal layer 650, and the counter electrode layer 640 overlap each other to form a first liquid crystal element. Further, the pixel electrode layer 626, the liquid crystal layer 650, and the counter electrode layer 640 overlap each other to form a second liquid crystal element. Also, a multi-domain structure in which the first liquid crystal element and the second liquid crystal element are provided for one pixel is used.

이러한 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 11)(Embodiment 11)

실시형태 11에서, 본 발명의 일 실시형태의 반도체 장치로서 전자 페이퍼의 예가 설명된다.In Embodiment 11, an example of electronic paper is described as the semiconductor device of the embodiment of the present invention.

도 19는 본 발명의 실시형태가 적용되는 반도체 장치의 일례로서 액티브 매트릭스 전자 페이퍼를 예시한다. 반도체 장치에 사용되는 박막 트랜지스터(581)로서, 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나에 설명된 박막 트랜지스터가 적절하게 사용될 수 있다.19 illustrates an active matrix electronic paper as an example of a semiconductor device to which the embodiment of the present invention is applied. As the thin film transistor 581 used in a semiconductor device, the thin film transistor described in any one of the first to seventh embodiments can be suitably used.

도 19의 전자 페이퍼는 트위스트 볼(twisting ball) 표시 시스템을 사용하는 표시 장치의 예이다. 트위스트 볼 표시 시스템은, 흑색과 백색으로 각각 채색된 구형 입자들이 표시 소자에 대해 사용된 전극층들인 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 배치되고, 구형 입자들의 배향을 제어하기 위해 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 전위차가 생성되어, 표시가 실시되는 방법을 칭한다.The electronic paper of FIG. 19 is an example of a display device using a twisting ball display system. In the twist ball display system, spherical particles colored in black and white are disposed between a first electrode layer and a second electrode layer, which are electrode layers used for a display element, and a first electrode layer and a second electrode layer are used to control the orientation of the spherical particles. It refers to a method in which a potential difference is generated between electrode layers and display is performed.

기판(580) 위에 제공된 박막 트랜지스터(581)는 보텀 게이트 박막 트랜지스터이고, 그것의 소스 또는 드레인 전극층이 산화물 절연층(583) 및 보호 절연층(584)에 형성된 개구에서 배선층들(589a 및 589b)에 전기적으로 접속된다. 배선층(589b)은 그 배선층(589b) 위에 제공된 절연층(585)에 형성된 개구에서 제 1 전극층(587)과 접촉하여 제공된다. 박막 트랜지스터(581)는 배선층들(589a 및 589b)을 통해 제 1 전극층(587)에 전기적으로 접속된다.The thin film transistor 581 provided on the substrate 580 is a bottom gate thin film transistor, and its source or drain electrode layer is connected to the wiring layers 589a and 589b at the openings formed in the oxide insulating layer 583 and the protective insulating layer 584. It is electrically connected. The wiring layer 589b is provided in contact with the first electrode layer 587 at an opening formed in the insulating layer 585 provided over the wiring layer 589b. The thin film transistor 581 is electrically connected to the first electrode layer 587 through wiring layers 589a and 589b.

실시형태 1에 설명된 소스 전극층(415a) 및 드레인 전극층(415b)을 형성하는 단계 및 재료들은 소스 또는 드레인 전극층에 적용될 수 있다. 실시형태 1에 설명된 배선층들(417a 및 418a) 또는 배선층들(417b 및 418b)을 형성하는 단계 및 재료들은 임의의 배선층들(589a 및 589b)에 적용될 수 있다.The steps and materials for forming the source electrode layer 415a and the drain electrode layer 415b described in Embodiment 1 may be applied to the source or drain electrode layer. The steps and materials of forming the wiring layers 417a and 418a or the wiring layers 417b and 418b described in Embodiment 1 can be applied to any of the wiring layers 589a and 589b.

소스 전극층 및 드레인 전극층 각각은 0.1 nm 이상 50 nm 이하의 두께 만큼 얇은 것이 바람직하고, 배선층보다 얇은 막이 사용된다. 소스 및 드레인 전극층들 각각이 얇은 도전막들이기 때문에, 게이트 전극층과 형성된 기생 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 산화물 반도체 장치를 사용하는 박막 트랜지스터를 포함하는 낮은 전력 소비를 갖는 반도체 장치가 제공될 수 있다.Each of the source electrode layer and the drain electrode layer is preferably as thin as 0.1 nm or more and 50 nm or less, and a thinner film than the wiring layer is used. Since each of the source and drain electrode layers are thin conductive films, the parasitic capacitance formed with the gate electrode layer can be reduced. Accordingly, a semiconductor device having low power consumption including a thin film transistor using an oxide semiconductor device can be provided.

제 1 전극층(587)과 제 2 전극층(588) 사이에 구형 입자들(589)이 제공된다. 구형 입자들 각각은 흑색 영역(590a), 백색 영역(590b), 및 그 흑색 영역(590a)과 백색 영역(590b) 주위에 액체로 채워진 캐비티(594)를 포함한다. 구형 입자(589)의 주위는 수지와 같은 충전재(595)로 충전된다(도 19 참조). 본 실시형태에서, 제 1 전극층(587)이 화소 전극에 대응하고, 대향 전극(596)에 대해 제공된 제 2 전극층(588)은 공통 전극에 대응한다. Spherical particles 589 are provided between the first electrode layer 587 and the second electrode layer 588. Each of the spherical particles includes a black region 590a, a white region 590b, and a cavity 594 filled with a liquid around the black region 590a and the white region 590b. The periphery of the spherical particles 589 is filled with a filler 595 such as a resin (see Fig. 19). In this embodiment, the first electrode layer 587 corresponds to the pixel electrode, and the second electrode layer 588 provided for the counter electrode 596 corresponds to the common electrode.

또한, 트위스트 볼 대신에, 전기영동 소자가 또한 사용될 수 있다. 투명한 액체, 양으로(positively) 대전된 백색 미립자 및 음으로(negatively) 대전된 흑색 미립자가 봉입된 대략 10㎛ 이상 200㎛ 이하의 직경을 갖는 마이크로캡슐이 사용된다. 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 제공된 마이크로캡슐에서, 제 1 전극층과 제 2 전극층에 의해 전기장이 인가될 때, 백색 미립자와 흑색 미립자가 반대로 방향으로 이동하여, 백색 또는 흑색이 표시될 수 있다. 이 원리를 사용한 표시 소자가 전기영동 표시 소자이며, 일반적으로 전자 페이퍼라고 칭한다. 전기영동 표시 소자는, 액정 표시 소자보다 높은 반사율을 가져서, 보조 라이트가 불필요하고, 전력 소비가 낮고, 어슴푸레한 장소에서 표시부가 인식될 수 있다. 또한, 표시부에 전력이 공급되지 않을 때에도, 한 번 표시된 이미지가 유지될 수 있다. 따라서, 표시 기능을 갖는 반도체 장치(표시 장치 또는 표시 장치를 구비하는 반도체 장치라고도 칭함)가 전파 소스로부터 멀리 떨어져 있어도, 표시된 이미지가 저장될 수 있다.In addition, instead of a twist ball, an electrophoretic element can also be used. Microcapsules having a diameter of approximately 10 µm or more and 200 µm or less are used, enclosed in a transparent liquid, positively charged white fine particles and negatively charged black fine particles. In the microcapsules provided between the first electrode layer and the second electrode layer, when an electric field is applied by the first electrode layer and the second electrode layer, the white fine particles and the black fine particles move in opposite directions, so that white or black may be displayed. A display element using this principle is an electrophoretic display element, and is generally referred to as electronic paper. The electrophoretic display element has a higher reflectivity than the liquid crystal display element, so that an auxiliary light is unnecessary, power consumption is low, and the display portion can be recognized in a dim place. Also, even when power is not supplied to the display unit, the image displayed once can be maintained. Accordingly, even if a semiconductor device having a display function (also referred to as a display device or a semiconductor device having a display device) is far from the radio wave source, the displayed image can be stored.

이러한 공정을 통해, 반도체 장치로서 매우 신뢰가능한 전자 페이퍼가 제작될 수 있다.Through this process, electronic paper that is highly reliable as a semiconductor device can be manufactured.

이러한 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

(실시형태 12)(Embodiment 12)

본 명세서에 개시되는 반도체 장치는 다양한 전자기기(오락기를 포함)에 적용될 수 있다. 전자기기들의 예들은, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기로 또한 칭함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라와 같은 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치로 또한 칭함), 휴대형 게임 콘솔, 휴대 정보 단말기, 오디오 재생 장치, 파칭코 머신과 같은 대형 게임기 등이 있다.The semiconductor device disclosed in the present specification can be applied to various electronic devices (including entertainment devices). Examples of electronic devices are a television device (also referred to as a television or television receiver), a monitor such as a computer, a camera such as a digital camera or digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone, a mobile phone device). ), portable game consoles, portable information terminals, audio playback devices, and large game machines such as pachinko machines.

도 20a는, 휴대 전화기(1100)의 일례를 예시한다. 휴대 전화기(1100)는 하우징(1101)에 내장된 표시부(1102), 조작 버튼(1103), 외부 접속 포트(1104), 스피커(1105), 마이크로폰(1106) 등을 구비하고 있다.20A illustrates an example of the mobile phone 1100. The mobile phone 1100 is provided with a display unit 1102, an operation button 1103, an external connection port 1104, a speaker 1105, a microphone 1106, and the like built in a housing 1101.

도 20a에 예시된 휴대전화기(1100)의 표시부(1102)는 손가락 등으로 터치되어, 이에 의해 정보가 휴대 전화기(1100)기 입력될 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 것과 같은 조작은 표시부(1102)를 손가락 등으로 터치함으로써 실시될 수 있다.The display unit 1102 of the mobile phone 1100 illustrated in FIG. 20A is touched with a finger or the like, whereby information can be input to the mobile phone 1100. Further, an operation such as making a phone call or creating an e-mail can be performed by touching the display portion 1102 with a finger or the like.

주로, 표시부(1102)의 3개의 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 이미지들을 표시하는 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 텍스트와 같은 데이터를 입력하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 조합된 표시-입력 모드이다.Mainly, there are three screen modes of the display unit 1102. The first mode is a display mode mainly for displaying images. The second mode is an input mode mainly for inputting data such as text. The third mode is a display-input mode in which two modes of a display mode and an input mode are combined.

예를 들어, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 경우에서, 텍스트를 주로 입력하는 텍스트 입력 모드가 표시부(1102)에 대해 선택되어, 화면 위에 표시된 텍스트가 입력될 수 있다. 이 경우에서, 표시부(1102)의 화면의 거의 대부분의 영역 위에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.For example, in the case of making a phone call or writing an e-mail, a text input mode in which text is mainly input is selected for the display unit 1102 so that text displayed on the screen may be input. In this case, it is preferable to display a keyboard or a number button on almost most of the screen of the display unit 1102.

자이로스코프 또는 가속도 센서와 같은 경사를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치가 휴대 전화기(1100)내에 제공될 때, 표시부(1102)의 화면 위의 표시는 휴대 전화기(1100)의 방향(휴대 전화기(1100)가 풍경 모드 또는 인물 모드에 대해 수평적으로 또는 수직적으로 배치되는지)을 결정함으로써 자동으로 전환될 수 있다.When a detection device including a sensor for detecting a tilt such as a gyroscope or an acceleration sensor is provided in the mobile phone 1100, the display on the screen of the display unit 1102 is the direction of the mobile phone 1100 (the mobile phone 1100 ) Can be switched automatically by determining whether it is placed horizontally or vertically for landscape mode or portrait mode.

화면 모드들은 표시부(1102)를 터치하거나 하우징(1101)의 조작 버튼(1103)을 조작함으로써 전환된다. 대안적으로, 화면 모드들은 표시부(1102)상에 표시된 화상의 종류에 의존하여 전환될 수도 있다. 예를 들어, 표시부상에 표시된 화상의 신호가 동영상 데이터의 신호일 때, 화면 모드는 표시 모드로 전환되고, 신호가 텍스트 데이터의 신호일 때, 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.Screen modes are switched by touching the display portion 1102 or manipulating the operation button 1103 of the housing 1101. Alternatively, the screen modes may be switched depending on the type of image displayed on the display unit 1102. For example, when the signal of an image displayed on the display unit is a signal of moving picture data, the screen mode is switched to the display mode, and when the signal is the signal of text data, the screen mode is switched to the input mode.

또한, 입력 모드에서, 표시부(1102)의 광 센서에 의해 검출된 신호가 검출되는 동안, 표시부(1102)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 동안 실시되지 않을 때, 화면 모드는 입력 모드로부터 표시 모드로 전환되도록 제어될 수도 있다.In addition, in the input mode, while the signal detected by the optical sensor of the display unit 1102 is detected, when the input by the touch of the display unit 1102 is not performed for a certain period, the screen mode is changed from the input mode to the display mode. It can also be controlled to be switched.

표시부(1102)는 이미지 센서로서 또한 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(1102)가 손바닥 또는 손가락으로 터치될 때, 장문, 지문 등이 촬상됨으로써, 개인 식별이 실시될 수 있다. 또한, 표시부에서 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 감지 광원을 제공함으로써, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등이 촬상될 수 있다.The display portion 1102 may also function as an image sensor. For example, when the display unit 1102 is touched with a palm or a finger, a palm print, a fingerprint, or the like is captured, so that personal identification can be performed. In addition, by providing a backlight or a sensing light source emitting near-infrared light in the display unit, finger veins, palm veins, and the like can be captured.

표시부(1102)에서, 실시형태 1에 설명된 복수의 박막 트랜지스터가 화소들의 스위칭 소자들로서 제공된다.In the display portion 1102, a plurality of thin film transistors described in Embodiment 1 are provided as switching elements of pixels.

도 20b는 휴대 전화기의 다른 예를 예시한다. 그 예가 도 20b에 예시된 휴대형 정보 단말기는 복수의 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 전화 기능에 부가하여, 이러한 휴대형 정보 단말기는 컴퓨터를 내장함으로써 다양한 데이터를 처리하는 기능을 가질 수 있다.20B illustrates another example of a mobile phone. The portable information terminal of which an example is illustrated in FIG. 20B may have a plurality of functions. For example, in addition to the telephone function, such a portable information terminal can have a function of processing various data by embedding a computer.

도 20b에 예시된 휴대형 정보 단말기는, 하우징(1800) 및 하우징(1801)을 포함한다. 하우징(1800)에는, 표시 패널(1802), 스피커(1803), 마이크로폰(1804), 포인팅 장치(1806), 카메라용 렌즈(1807), 외부 접속 단자(1808) 등이 제공된다. 하우징(1801)에는, 키보드(1810), 외부 메모리 슬롯(1811) 등이 제공된다. 또한, 안테나가 하우징(1801)에 내장된다.The portable information terminal illustrated in FIG. 20B includes a housing 1800 and a housing 1801. The housing 1800 is provided with a display panel 1802, a speaker 1803, a microphone 1804, a pointing device 1806, a camera lens 1807, an external connection terminal 1808, and the like. In the housing 1801, a keyboard 1810, an external memory slot 1811, and the like are provided. In addition, an antenna is built into the housing 1801.

표시 패널(1802)에는 터치 패널이 제공된다. 이미지들로서 표시된 복수의 조작 키(1805)가 도 20b에 점선들로 예시된다.A touch panel is provided on the display panel 1802. A plurality of operation keys 1805 displayed as images are illustrated by dotted lines in Fig. 20B.

또한, 상기 구성에 부가하여, 비접촉 IC 칩, 소형 메모리 장치 등이 내장될 수도 있다.Further, in addition to the above configuration, a non-contact IC chip, a small memory device, or the like may be incorporated.

본 발명의 발광 장치는, 표시 패널(1802)에 대해 사용될 수 있고, 표시의 방향은 애플리케이션 모드에 의존하여 적절하게 변화된다. 또한, 표시 장치에는 표시 패널(1802)과 동일 표면상에 카메라 렌즈(1807)가 제공되어 화상 전화를 가능하게 한다. 스피커(1803) 및 마이크로폰(1804)은 음성 통화 뿐만 아니라 화상 전화, 녹음, 재생 등을 위해 사용될 수 있다. 또한, 도 20b에 예시된 바와 같이 전개되는 상태에서 하우징들(1800 및 1801)은 슬라이딩될 수 있어서, 하나가 다른 하나 위에 겹쳐지고, 따라서, 휴대용 정보 단말기의 크기가 감소될 수 있고, 이것은 휴대용 정보 단말기를 휴대하는데 적합하게 한다.The light emitting device of the present invention can be used for the display panel 1802, and the direction of the display is appropriately changed depending on the application mode. Further, the display device is provided with a camera lens 1807 on the same surface as the display panel 1802 to enable video telephony. The speaker 1803 and the microphone 1804 may be used not only for voice calls, but also for video calls, recording, and playback. In addition, the housings 1800 and 1801 in the unfolded state as illustrated in FIG. 20B can be slid, so that one overlaps the other, and thus, the size of the portable information terminal can be reduced, which is Make it suitable for carrying the terminal.

외부 접속 단자(1808)는 AC 어댑터 및 USB 케이블과 같은 다양한 타입의 케이블에 접속될 수 있고, 이것은 충전 및 퍼스널 컴퓨터 등과의 데이터 통신을 가능하게 한다. 또한, 기록 매체가 외부 메모리 슬롯(1811) 삽입될 수 있어서, 대량의 데이터가 저장될 수 있고 이동될 수 있다.The external connection terminal 1808 can be connected to various types of cables such as an AC adapter and a USB cable, which enables charging and data communication with a personal computer or the like. Further, the recording medium can be inserted into the external memory slot 1811, so that a large amount of data can be stored and moved.

또한, 상기 기능에 부가하여, 적외선 통신 기능, 텔레비전 수신 기능 등이 제공될 수도 있다.Further, in addition to the above functions, an infrared communication function, a television reception function, and the like may be provided.

도 21a는 텔레비전 세트(9600)의 일례를 예시한다. 텔레비전 세트(9600)에서, 표시부(9603)가 하우징(9601)에 내장된다. 표시부(9603)는 이미지들을 표시할 수 있다. 본 실시형태에서, 하우징(9601)이 스탠드(9605)에 의해 지지된다.21A illustrates an example of a television set 9600. In the television set 9600, a display portion 9603 is built into the housing 9601. The display unit 9603 may display images. In this embodiment, the housing 9601 is supported by a stand 9605.

텔레비전 세트(9600)는 하우징(9601)의 조작 스위치 또는 별개의 원격 제어기(9610)에 의해 조작될 수 있다. 원격 제어기(9610)에 대해 제공된 조작 키(9609)에 의해 채널들 및 음량이 제어될 수 있어서 표시부(9603)상에 표시되는 화상이 제어될 수 있다. 또한, 원격 제어기(9610)에는, 원격 제어기(9610)로부터 출력된 정보를 표시하는 표시부(9607)가 제공될 수도 있다.The television set 9600 can be operated by an operation switch in the housing 9601 or a separate remote controller 9610. The channels and the volume can be controlled by an operation key 9609 provided for the remote controller 9610 so that an image displayed on the display portion 9603 can be controlled. Further, the remote controller 9610 may be provided with a display unit 9607 that displays information output from the remote controller 9610.

텔레비전 세트(9600)에는, 수신기, 모뎀 등이 제공된다는 것에 유의한다. 수신기를 사용하여, 일반의 텔레비전 방송이 수신될 수 있다. 또한, 표시 장치가 모뎀을 통해 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속될 때, 일방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이) 정보 통신이 실시될 수 있다.Note that the television set 9600 is provided with a receiver, a modem, and the like. Using the receiver, general television broadcasts can be received. Further, when the display device is connected to the communication network by wire or wirelessly via a modem, information communication may be performed in one direction (from a sender to a receiver) or in two directions (between a sender and a receiver, or between a receiver).

표시부(9603)에서, 실시형태 1에 설명된 복수의 박막 트랜지스터가 화소들의 스위칭 소자로서 제공된다.In the display portion 9603, a plurality of thin film transistors described in Embodiment 1 are provided as switching elements of pixels.

도 21b는 디지털 포토 프레임의 일례를 예시한다. 예를 들어, 디지털 포토 프레임(9700)에서, 표시부(9703)가 하우징(9701)에 내장된다. 표시부(9703)는 다양한 화상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9703)는 디지털 카메라 등으로 촬영한 화상 데이터를 표시할 수 있고, 통상적인 포토 프레임으로서 기능할 수 있다.21B illustrates an example of a digital photo frame. For example, in the digital photo frame 9700, the display portion 9703 is built into the housing 9701. The display unit 9703 may display various images. For example, the display unit 9703 can display image data captured by a digital camera or the like, and can function as a conventional photo frame.

표시부(9703)에서, 실시형태 1에 설명된 복수의 박막 트랜지스터가 화소들의 스위칭 소자들로서 제공된다.In the display portion 9703, a plurality of thin film transistors described in Embodiment 1 are provided as switching elements of pixels.

디지털 포토 프레임(9700)에는, 조작부, 외부 접속 단자(USB 단자, USB 케이블과 같은 다양한 케이블들에 접속될 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등이 제공된다는 것에 유의한다. 이들 컴포넌트가, 표시부가 제공되는 면상에 제공될 수도 있지만, 디지털 포토 프레임(9700)의 디자인성을 위해 측면 또는 이면상에 이들을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 디지털 카메라로 촬영된 화상의 데이터를 저장하는 메모리가 디지털 포토 프레임의 기록 매체 삽입부에 삽입되어, 화상 데이터가 전송될 수 있고, 그 후, 표시부(9703)상에 표시될 수 있다.Note that the digital photo frame 9700 is provided with an operation portion, an external connection terminal (a USB terminal, a terminal that can be connected to various cables such as a USB cable, etc.), a recording medium insertion portion, and the like. These components may be provided on the side on which the display portion is provided, but it is preferable to provide them on the side or back side for the design of the digital photo frame 9700. For example, a memory storing data of an image taken with a digital camera is inserted into the recording medium insertion portion of a digital photo frame, so that the image data can be transferred, and then displayed on the display portion 9703. .

디지털 포토 프레임(9700)은 무선으로 데이터를 송수신하도록 구성될 수도 있다. 원하는 화상 데이터가 표시되도록 무선으로 전송되는 구성이 이용될 수도 있다.The digital photo frame 9700 may be configured to wirelessly transmit and receive data. A configuration that is transmitted wirelessly so that desired image data is displayed may be used.

도 22는 2개의 하우징들을 포함하는 휴대용 오락기이며, 하우징(9881) 및 하우징(9891)은 이들이 접힐 수 있는 연결부(9893)에 의해 연결된다. 표시부(9882) 및 표시부(9883)가 하우징(9881) 및 하우징(9891)에 각각 내장된다. Figure 22 is a portable entertainment device comprising two housings, the housing 9881 and the housing 991 are connected by a connection portion 9893 to which they can be folded. The display portion 9882 and the display portion 9883 are incorporated in the housing 9881 and the housing 991, respectively.

표시부(9883)에서, 실시형태 1에 설명된 복수의 박막 트랜지스터가 화소들의 스위칭 소자들로서 제공된다.In the display portion 9883, a plurality of thin film transistors described in Embodiment 1 are provided as switching elements of pixels.

또한, 도 22에 예시된 휴대용 오락기는, 스피커부(9884), 기록 매체 삽입부(9886), LED 램프(9890), 입력 수단(조작 키(9885), 접속 단자(9887), 센서(9888)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도, 진동, 향기, 또는 적외선을 측정하는 기능을 가짐), 및 마이크로폰(9889) 등을 포함한다. 물론, 휴대용 오락기의 구성은 상기에 한정되지 않고, 적어도 본 명세서에 개시된 박막 트랜지스터가 제공된 다른 구성들이 이용될 수 있다. 휴대용 오락기는 다른 부속설비를 적절하게 포함할 수도 있다. 도 22에 예시된 휴대용 오락기는, 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능, 및 다른 휴대용 오락기와 무선 통신에 의해 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 도 22에 예시된 휴대용 오락기의 기능은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 기능들이 제공될 수 있다.In addition, the portable entertainment device illustrated in FIG. 22 includes a speaker unit 9884, a recording medium insertion unit 9886, an LED lamp 9890, an input means (operation key 9885, a connection terminal 9887, a sensor 9888) (Force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotational speed, distance, light, liquid, magnetic, temperature, chemical, negative, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, hardness , Vibration, fragrance, or infrared measurement), and a microphone 9889. Of course, the configuration of the portable entertainment device is not limited to the above, and at least other configurations provided with the thin film transistor disclosed herein are The portable entertainment device may appropriately include other accessory equipment. The portable entertainment device illustrated in Fig. 22 reads programs or data stored in a recording medium and displays it on a display unit, and other portable entertainment devices and wireless devices can be used. It has a function of sharing information through communication. The function of the portable entertainment device illustrated in Fig. 22 is not limited to the above, and various functions may be provided.

도 24는, 상기 실시형태에 따라 형성된 발광 장치가 실내의 조명 장치(3001)로서 사용되는 일례이다. 실시형태 4 또는 5에 설명된 발광 장치가 면적이 증가될 수도 있기 때문에, 발광 장치는 큰 면적을 갖는 조명 장치로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 예시된 발광 장치는 탁상 램프(3000)로서 사용될 수 있다. 조명 기구가 천정 조명기구, 탁상 램프, 벽걸이형 조명기구, 차량 실내 조명, 유도등 등을 포함한다는 것에 유의한다.24 is an example in which the light-emitting device formed according to the above embodiment is used as the indoor lighting device 3001. Since the area of the light emitting device described in Embodiment 4 or 5 may be increased, the light emitting device can be used as a lighting device having a large area. Further, the light emitting device illustrated in the above embodiment can be used as the desk lamp 3000. Note that luminaires include ceiling luminaires, desk lamps, wall-mounted luminaires, in-vehicle interior lighting, and guidance lights.

상술한 바와 같이, 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나에 설명된 박막 트랜지스터는 이러한 다양한 전자기기의 표시 패널들에 제공될 수 있다. 표시 패널의 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터를 사용함으로써 높은 신뢰성의 전자기기가 제공될 수 있다.As described above, the thin film transistor described in any one of Embodiments 1 to 7 may be provided on display panels of such various electronic devices. An electronic device with high reliability can be provided by using a thin film transistor as a switching element of a display panel.

(실시형태 13)(Embodiment 13)

본 명세서에 개시하는 반도체 장치는 전자 페이퍼로서 적용될 수 있다. 전자 페이퍼는, 데이터를 표시할 수 있는 한 다양한 분야의 전자 기기에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 페이퍼가 전자서적(e-book reader)(전자 책), 포스터, 기차와 같은 차량에서의 광고, 또는 크레디트 카드와 같은 다양한 카드들의 표시들에 적용될 수 있다. 전자 기기의 일례가 도 23에 예시된다.The semiconductor device disclosed in this specification can be applied as electronic paper. Electronic paper can be used for electronic devices in various fields as long as data can be displayed. For example, electronic paper may be applied to the display of various cards such as e-book readers (e-books), posters, advertisements in vehicles such as trains, or credit cards. An example of an electronic device is illustrated in FIG. 23.

도 23은 전자서적(2700)를 예시한다. 예를 들어, 전자서적(2700)은 2개의 하우징들(하우징(2701) 및 하우징(2703))을 포함한다. 하우징(2701) 및 하우징(2703)은 힌지(2711)와 결합되어, 전자서적(2700)은 축으로서 힌지(2711)로 개폐될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 전자서적(2700)은 종이 서적과 같이 동작할 수 있다.23 illustrates an electronic book 2700. For example, the e-book 2700 includes two housings (a housing 2701 and a housing 2703). The housing 2701 and the housing 2703 are coupled to the hinge 2711, so that the e-book 2700 can be opened and closed by the hinge 2711 as an axis. With this structure, the e-book 2700 can operate like a paper book.

표시부(2705) 및 표시부(2707)가 하우징(2701) 및 하우징(2703)에 각각 내장된다. 표시부(2705) 및 표시부(2707)는 하나의 화상 또는 다른 화상들을 표시할 수도 있다. 표시부들이 서로 상이한 화상들을 표시하는 구성에서, 예를 들어, 우측 표시부(도 23에서 표시부(2705))는 텍스트를 표시할 수 있고, 좌측 표시부(도 23에서 표시부(2707))는 화상을 표시할 수 있다.The display unit 2705 and the display unit 2707 are incorporated in the housing 2701 and the housing 2703, respectively. The display unit 2705 and the display unit 2707 may display one image or other images. In a configuration in which the display units display different images, for example, the right display unit (display unit 2705 in Fig. 23) can display text, and the left display unit (display unit 2707 in Fig. 23) can display images. I can.

도 23은 하우징(2701)에 조작부 등이 제공되는 예를 예시한다. 예를 들어, 하우징(2701)에는, 전원 스위치(2721), 조작 키(2723), 스피커(2725) 등이 제공된다. 조작 키(2723)로, 페이지가 넘겨질 수 있다. 키보드, 포인팅 장치 등이 또한 표시부가 제공되는 하우징의 표면상에 제공될 수도 있다는 것에 유의한다. 또한, 외부 접속 단자(이어폰 단자, USB 단자, AC 어댑터 및 USB 케이블과 같은 다양한 케이블에 접속될 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등이 하우징의 이면 또는 측면상에 제공될 수도 있다. 또한, 전자서적(2700)은 전자 사전과 같은 기능을 가질 수도 있다.23 illustrates an example in which an operation unit or the like is provided in the housing 2701. For example, the housing 2701 is provided with a power switch 2721, an operation key 2923, a speaker 2725, and the like. With the operation keys 2722, pages can be turned. Note that a keyboard, pointing device, etc. may also be provided on the surface of the housing on which the display portion is provided. In addition, external connection terminals (earphone terminals, USB terminals, terminals that can be connected to various cables such as AC adapters and USB cables, etc.), recording medium insertion portions, and the like may be provided on the rear or side surfaces of the housing. In addition, the electronic book 2700 may have a function such as an electronic dictionary.

전자서적(2700)은 무선으로 데이터를 송수신할 수 있는 구성을 가질 수도 있다. 무선 통신을 통해, 원하는 서적 데이터 등이 전자 서적 서버로부터 구매되고 다운로딩될 수 있다.The electronic book 2700 may have a configuration capable of transmitting and receiving data wirelessly. Through wireless communication, desired book data or the like can be purchased and downloaded from an electronic book server.

이러한 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 구현될 수 있다.This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.

본 출원은 그 전체 내용이 참조로 여기에 통합되는 2009년 9월 16일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2009-214485호에 기초한다.This application is based on Japanese Patent Application No. 2009-214485 filed with the Japan Patent Office on September 16, 2009, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

81 : 다계조 마스크, 81a : 그레이-톤 마스크, 81b : 하프-톤 마스크, 83 : 투광성 기판, 84 : 차광부, 85 : 회절 격자, 86 : 광 투과율, 87 : 반투광부, 88 : 차광부, 89 : 광 투과율, 400 : 기판, 402 : 게이트 절연층, 403 : 보호 절연층, 407 : 산화물 절연층, 408 : 보호 절연층, 409 : 평탄화 절연층, 410 : 박막 트랜지스터, 411 : 게이트 전극층, 412 : 산화물 반도체층, 413 : 채널 형성 영역, 421 : 게이트 배선층, 422 : 소스 배선층, 423 : 소스 배선층, 427 : 화소 전극층, 430 : 박막 트랜지스터, 431 : 게이트 전극층, 432 : 산화물 반도체층, 433 : 채널 형성 영역, 437 : 배선층, 438 : 배선층, 440 : 산화물 반도체막, 441 : 산화물 반도체층, 450 : 박막 트랜지스터, 451 : 게이트 전극층, 452 : 산화물 반도체층, 453 : 채널 형성 영역, 456 : 산화물 절연층, 459 : 산화물 절연층, 460 : 레지스트 마스크, 461 : 산화물 반도체층, 462 : 금속 도전층, 465 : 산화물 반도체막, 466 : 금속 도전막, 469 : 박막 트랜지스터, 471 : 게이트 전극층, 472 : 산화물 반도체층, 480 : 박막 트랜지스터, 481 : 게이트 전극층, 483 : 채널 형성 영역, 484a : 고저항 소스 영역, 484b : 고저항 드레인 영역, 485a : 소스 전극층, 485b : 드레인 전극층, 487a : 배선층, 487b : 배선층, 488a : 배선층, 488b : 배선층, 492a : 게이트 절연층, 492b : 게이트 절연층, 497a : 산화물 절연층, 497b : 산화물 절연층, 498 : 보호 절연층, 580 : 기판, 581 : 박막 트랜지스터, 583 : 산화물 절연층, 584 : 보호 절연층, 585 : 절연층, 587 : 제 1 전극층, 588 : 제 2 전극층, 589a : 배선층, 589b : 배선층, 590a : 흑색 영역, 590b : 백색 영역, 594 : 캐비티, 595 : 충전재, 596 : 대향 기판, 600 : 기판, 601 : 대향 기판, 602 : 게이트 배선, 603 : 게이트 배선, 606 : 게이트 절연층, 616 : 드레인 전극층, 618 : 드레인 전극층, 619 : 드레인 전극층, 620 : 절연층, 622 : 절연층, 623 : 콘택트 홀, 624 : 화소 전극층, 625 : 슬릿, 626 : 화소 전극층, 627 : 콘택트 홀, 628 : TFT, 629 : TFT, 632 : 차광막, 636 : 착색막, 637 : 평탄화막, 640 : 대향 전극층, 641 : 슬릿, 650 : 액정층, 660 : 콘택트 홀, 661 : 콘택트 홀, 662 : 배선층, 663 : 배선층, 690 : 용량 배선, 1100 : 휴대 전화기, 1101 : 하우징, 1102 : 표시부, 1103 : 조작 버튼, 1104 : 외부 접속 포트, 1105 : 스피커, 1106 : 마이크로폰, 1800 : 하우징, 1801 : 하우징, 1802 : 표시 패널, 1803 : 스피커, 1804 : 마이크로폰, 1805 : 조작 키, 1806 : 포인팅 장치, 1807 : 카메라 렌즈, 1808 : 외부 접속 단자, 1810 : 키보드, 1811 : 외부 메모리 슬롯, 2700 : 전자서적, 2701 : 하우징, 2703 : 하우징, 2705 : 표시부, 2707 : 표시부, 2711 : 힌지, 2721 : 전원 스위치, 2723 : 조작 키, 2725 : 스피커, 3000 : 탁상 램프, 3001 : 조명 장치, 4001 : 제 1 기판, 4002 : 화소부, 4003 : 신호선 구동 회로, 4004 : 주사선 구동 회로, 4005 : 씰재, 4006 : 제 2 기판, 4008 : 액정층, 4010 : 박막 트랜지스터, 4011 : 박막 트랜지스터, 4013 : 액정 소자, 4015 : 접속 단자 전극, 4016 : 단자 전극, 4018 : FPC, 4019 : 이방성 도전막, 4021 : 절연층, 4030 : 화소 전극층, 4031 : 대향 전극층, 4032 : 절연층, 4040 : 도전층, 4041 : 절연층, 4042 : 보호 절연층, 4050 : 배선층, 4501 : 제 1 기판, 4502 : 화소부, 4503a : 신호선 구동 회로, 4503b : 신호선 구동 회로, 4504a : 주사선 구동 회로, 4504b : 주사선 구동 회로, 4505 : 씰재, 4506 : 제 2 기판, 4507 : 충전재, 4509 : 박막 트랜지스터, 4510 : 박막 트랜지스터, 4511 : 발광 소자, 4512 : 전계 발광층, 4513 : 제 2 전극, 4515 : 접속 단자 전극, 4516 : 단자 전극, 4517 : 제 1 전극, 4518a : FPC, 4518b : FPC, 4519 : 이방성 도전막, 4520 : 격벽, 4540 : 도전층, 4542 : 산화물 절연층, 4543 : 오버코트층, 4544 : 절연층, 4545 : 컬러 필터층, 4550 : 배선층, 4551 : 절연층, 6400 : 화소, 6401 : 스위칭 트랜지스터, 6402 : 구동 트랜지스터, 6403 : 용량, 6404 : 발광 소자, 6405 : 신호선, 6406 : 주사선, 6407 : 전원선, 6408 : 공통 전극, 7001 : 구동 TFT, 7002 : 발광 소자, 7003 : 제 1 전극, 7004 : EL 층, 7005 : 제 2 전극, 7008a : 배선층, 7008b : 배선층, 7009 : 격벽, 7011 : 구동 TFT, 7012 : 발광 소자, 7013 : 제 1 전극, 7014 : EL 층, 7015 : 제 2 전극, 7016 : 차광막, 7017 : 도전막, 7018a : 배선층, 7018b : 배선층, 7019 : 격벽, 7021 : 구동 TFT, 7022 : 발광 소자, 7023 : 제 1 전극, 7024 : EL 층, 7025 : 제 2 전극, 7027 : 도전막, 7028a : 배선층, 7028b : 배선층, 7029 : 격벽, 7031 : 절연층, 7032 : 절연층, 7033 : 컬러 필터층, 7034 : 오버코트층, 7035 : 보호 절연층, 7036 : 평탄화 절연층, 7042 : 절연층, 7043 : 컬러 필터층, 7044 : 오버코트층, 7045 : 보호 절연층, 7046 : 평탄화 절연층, 7051 : 산화물 절연층, 7052 : 보호 절연층, 7053 : 평탄화 절연층, 7055 : 절연층, 7056 : 평탄화 절연층, 9600 : 텔레비전 세트, 9601 : 하우징, 9603 : 표시부, 9605 : 스탠드, 9607 : 표시부, 9609 : 조작 키, 9610 : 원격 제어기, 9700 : 디지털 포토 프레임, 9701 : 하우징, 9703 : 표시부, 9881 : 하우징, 9882 : 표시부, 9883 : 표시부, 9884 : 스피커부, 9885 : 조작 키, 9886 : 기록 매체 삽입부, 9887 : 접속 단자, 9888 : 센서, 9889 : 마이크로폰, 9890 : LED 램프, 9891 : 하우징, 9893 : 연결부81: multi-gradation mask, 81a: gray-tone mask, 81b: half-tone mask, 83: light-transmitting substrate, 84: light-shielding portion, 85: diffraction grating, 86: light transmittance, 87: semi-transmissive portion, 88: light-shielding portion, 89: light transmittance, 400: substrate, 402: gate insulating layer, 403: protective insulating layer, 407: oxide insulating layer, 408: protective insulating layer, 409: planarizing insulating layer, 410: thin film transistor, 411: gate electrode layer, 412 : Oxide semiconductor layer, 413: channel formation region, 421: gate wiring layer, 422: source wiring layer, 423: source wiring layer, 427: pixel electrode layer, 430: thin film transistor, 431: gate electrode layer, 432: oxide semiconductor layer, 433: channel Reference numerals 437: wiring layer, 438: wiring layer, 440: oxide semiconductor film, 441: oxide semiconductor layer, 450: thin film transistor, 451: gate electrode layer, 452: oxide semiconductor layer, 453: channel formation region, 456: oxide insulating layer , 459: oxide insulating layer, 460: resist mask, 461: oxide semiconductor layer, 462: metal conductive layer, 465: oxide semiconductor film, 466: metal conductive film, 469: thin film transistor, 471: gate electrode layer, 472: oxide semiconductor Layer, 480: thin film transistor, 481: gate electrode layer, 483: channel formation region, 484a: high resistance source region, 484b: high resistance drain region, 485a: source electrode layer, 485b: drain electrode layer, 487a: wiring layer, 487b: wiring layer, 488a: wiring layer, 488b: wiring layer, 492a: gate insulating layer, 492b: gate insulating layer, 497a: oxide insulating layer, 497b: oxide insulating layer, 498: protective insulating layer, 580: substrate, 581: thin film transistor, 583: oxide Insulating layer, 584: protective insulating layer, 585: insulating layer, 587: first electrode layer, 588: second electrode layer, 589a: wiring layer, 589b: wiring layer, 590a: black region, 590b: white region, 594: cavity, 595: filler, 596: opposing substrate, 600: substrate, 601: opposing substrate, 602: gate wiring, 603: gate wiring, 606: gate insulating layer, 616: drain electrode layer, 618: drain electrode layer, 619: drain electrode layer, 620: insulating layer, 622: insulating layer, 623: contact hole, 624: pixel electrode layer, 625: slit, 626: pixel electrode layer, 627: contact hole, 628: TFT, 629: TFT, 632: light-shielding film, 636: colored film, 637: planarization film, 640: counter electrode layer, 641: slit, 650: liquid crystal layer, 660: contact hole, 661: contact hole , 662: wiring layer, 663: wiring layer, 690: capacity wiring, 1100: mobile phone, 1101: housing, 1102: display, 1103: operation button, 1104: external connection port, 1105: speaker, 1106: microphone, 1800: housing, 1801: housing, 1802: display panel, 1803: speaker, 1804: microphone, 1805: operation keys, 1806: pointing device, 1807: camera lens, 1808: external connection terminal, 1810: keyboard, 1811: external memory slot, 2700: E-book, 2701: housing, 2703: housing, 2705: display, 2707: display, 2711: hinge, 2721: power switch, 2723: operation key, 2725: speaker, 3000: desk lamp, 3001: lighting device, 4001: article 1 substrate, 4002: pixel portion, 4003: signal line driving circuit, 4004: scanning line driving circuit, 4005: sealing material, 4006: second substrate, 4008: liquid crystal layer, 4010: thin film transistor, 4011: thin film transistor, 4013: liquid crystal element, 4015: connection terminal electrode, 4016: single Self electrode, 4018: FPC, 4019: anisotropic conductive film, 4021: insulating layer, 4030: pixel electrode layer, 4031: counter electrode layer, 4032: insulating layer, 4040: conductive layer, 4041: insulating layer, 4042: protective insulating layer, 4050 : Wiring layer, 4501: first substrate, 4502: pixel portion, 4503a: signal line driving circuit, 4503b: signal line driving circuit, 4504a: scanning line driving circuit, 4504b: scanning line driving circuit, 4505: sealing material, 4506: second substrate, 4507: Filling material, 4509: thin film transistor, 4510: thin film transistor, 4511: light emitting element, 4512: electroluminescent layer, 4513: second electrode, 4515: connection terminal electrode, 4516: terminal electrode, 4517: first electrode, 4518a: FPC, 4518b : FPC, 4519: anisotropic conductive film, 4520: partition wall, 4540: conductive layer, 4542: oxide insulating layer, 4543: overcoat layer, 4544: insulating layer, 4545: color filter layer, 4550: wiring layer, 4551: insulating layer, 6400: Pixel, 6401: switching transistor, 6402: driving transistor, 6403: capacitance, 6404: light emitting element, 6405: signal line, 6406: scanning line, 6407: power line, 6408: common electrode, 7001: driving TFT, 7002: light emitting element, 7003 : First electrode, 7004: EL layer, 7005: second electrode, 7008a: wiring layer, 7008b: wiring layer, 7009: partition wall, 7011: driving TFT, 7012: light emitting element, 7013: first electrode, 7014: EL layer, 7015 : Second electrode, 7016: light-shielding film, 7017: conductive film, 7018a: wiring layer, 7018b: wiring layer, 7019: partition wall, 7021: driving TFT, 7022: light emitting element, 7023: first electrode, 7024: EL layer, 7025: agent 2 electrode, 7027: conductive film, 702 8a: wiring layer, 7028b: wiring layer, 7029: partition wall, 7031: insulating layer, 7032: insulating layer, 7033: color filter layer, 7034: overcoat layer, 7035: protective insulating layer, 7036: planarizing insulating layer, 7042: insulating layer, 7043 : Color filter layer, 7044: overcoat layer, 7045: protective insulation layer, 7046: planarization insulation layer, 7051: oxide insulation layer, 7052: protection insulation layer, 7053: planarization insulation layer, 7055: insulation layer, 7056: planarization insulation layer, 9600: TV set, 9601: housing, 9603: display, 9605: stand, 9607: display, 9609: operation keys, 9610: remote controller, 9700: digital photo frame, 9701: housing, 9703: display, 9881: housing, 9882 : Display part, 9883: display part, 9884: speaker part, 9885: operation key, 9886: recording medium insertion part, 9887: connection terminal, 9888: sensor, 9889: microphone, 9890: LED lamp, 9891: housing, 9893: connection part

Claims (9)

반도체 장치에 있어서:
기판 위의 제 1 배선층;
상기 제 1 배선층 위의 질화물 절연층;
상기 질화물 절연층 위의 산화물 절연층;
상기 산화물 절연층 위의 산화물 반도체층으로서, 상기 산화물 반도체층은 채널 형성 영역을 포함하는, 상기 산화물 반도체층;
상기 산화물 반도체층 위의 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 위의 제 2 배선층;
상기 제 2 배선층 위의 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 위의 컬러 필터층;
상기 컬러 필터층 위의 제 3 절연층; 및
상기 제 3 절연층 위의 전극을 포함하고,
상기 산화물 반도체층의 상기 채널 형성 영역은 결정부를 포함하고,
상기 결정부는 인듐, 갈륨, 및 아연을 포함하고,
상기 전극은 상기 제 1 배선층, 상기 질화물 절연층, 상기 산화물 절연층, 상기 산화물 반도체층, 상기 제 2 절연층, 상기 컬러 필터층, 및 상기 제 3 절연층과 중첩하고,
상기 제 1 배선층은 적층 구조이고 몰리브덴, 티타늄, 및 구리를 포함하고,
상기 제 2 배선층은 적층 구조이고 몰리브덴, 티타늄, 및 구리를 포함하고,
상기 질화물 절연층, 상기 산화물 절연층, 및 상기 제 1 절연층은 상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층의 교차부에서 상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층 사이에 제공되는, 반도체 장치.
In a semiconductor device:
A first wiring layer over the substrate;
A nitride insulating layer over the first wiring layer;
An oxide insulating layer over the nitride insulating layer;
An oxide semiconductor layer over the oxide insulating layer, wherein the oxide semiconductor layer includes a channel formation region;
A first insulating layer over the oxide semiconductor layer;
A second wiring layer over the first insulating layer;
A second insulating layer over the second wiring layer;
A color filter layer over the second insulating layer;
A third insulating layer over the color filter layer; And
Including an electrode on the third insulating layer,
The channel formation region of the oxide semiconductor layer includes a crystal part,
The crystal part contains indium, gallium, and zinc,
The electrode overlaps with the first wiring layer, the nitride insulating layer, the oxide insulating layer, the oxide semiconductor layer, the second insulating layer, the color filter layer, and the third insulating layer,
The first wiring layer is a laminated structure and includes molybdenum, titanium, and copper,
The second wiring layer is a laminated structure and includes molybdenum, titanium, and copper,
The nitride insulating layer, the oxide insulating layer, and the first insulating layer are provided between the first wiring layer and the second wiring layer at an intersection of the first wiring layer and the second wiring layer.
반도체 장치에 있어서:
기판 위에 있고 상기 기판과 직접 접하는 제 1 배선층;
상기 제 1 배선층 위에 있고 상기 제 1 배선층과 직접 접하는 질화물 절연층;
상기 질화물 절연층 위에 있고 상기 질화물 절연층과 직접 접하는 산화물 절연층;
상기 산화물 절연층 위에 있고 상기 산화물 절연층과 직접 접하는 산화물 반도체층으로서, 상기 산화물 반도체층은 채널 형성 영역을 포함하는, 상기 산화물 반도체층;
상기 산화물 반도체층 위에 있고 상기 산화물 반도체층과 직접 접하는 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 위에 있고 상기 제 1 절연층과 직접 접하는 제 2 배선층;
상기 제 2 배선층 위에 있고 상기 제 2 배선층과 직접 접하는 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 위에 있고 상기 제 2 절연층과 직접 접하는 컬러 필터층;
상기 컬러 필터층 위에 있고 상기 컬러 필터층과 직접 접하는 제 3 절연층; 및
상기 제 3 절연층 위에 있고 상기 제 3 절연층과 직접 접하는 전극을 포함하고,
상기 산화물 반도체층의 상기 채널 형성 영역은 결정부를 포함하고,
상기 결정부는 인듐, 갈륨, 및 아연을 포함하고,
상기 전극은 상기 제 1 배선층, 상기 질화물 절연층, 상기 산화물 절연층, 상기 산화물 반도체층, 상기 제 2 절연층, 상기 컬러 필터층, 및 상기 제 3 절연층과 중첩하고,
상기 제 1 배선층은 적층 구조이고 몰리브덴, 티타늄, 및 구리를 포함하고,
상기 제 2 배선층은 적층 구조이고 몰리브덴, 티타늄, 및 구리를 포함하고,
상기 질화물 절연층, 상기 산화물 절연층, 및 상기 제 1 절연층은 상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층의 교차부에서 상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층 사이에 제공되는, 반도체 장치.
In a semiconductor device:
A first wiring layer on a substrate and in direct contact with the substrate;
A nitride insulating layer on the first wiring layer and in direct contact with the first wiring layer;
An oxide insulating layer over the nitride insulating layer and in direct contact with the nitride insulating layer;
An oxide semiconductor layer over the oxide insulating layer and in direct contact with the oxide insulating layer, the oxide semiconductor layer including a channel formation region;
A first insulating layer over the oxide semiconductor layer and in direct contact with the oxide semiconductor layer;
A second wiring layer over the first insulating layer and in direct contact with the first insulating layer;
A second insulating layer over the second wiring layer and in direct contact with the second wiring layer;
A color filter layer over the second insulating layer and in direct contact with the second insulating layer;
A third insulating layer on the color filter layer and in direct contact with the color filter layer; And
And an electrode on the third insulating layer and in direct contact with the third insulating layer,
The channel formation region of the oxide semiconductor layer includes a crystal part,
The crystal part contains indium, gallium, and zinc,
The electrode overlaps with the first wiring layer, the nitride insulating layer, the oxide insulating layer, the oxide semiconductor layer, the second insulating layer, the color filter layer, and the third insulating layer,
The first wiring layer is a laminated structure and includes molybdenum, titanium, and copper,
The second wiring layer is a laminated structure and includes molybdenum, titanium, and copper,
The nitride insulating layer, the oxide insulating layer, and the first insulating layer are provided between the first wiring layer and the second wiring layer at an intersection of the first wiring layer and the second wiring layer.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 채널 형성 영역의 캐리어 농도는 1×1018/cm3 미만인, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the carrier concentration in the channel formation region is less than 1×10 18 /cm 3.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 절연층은 산화 실리콘을 포함하는, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the first insulating layer comprises silicon oxide.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 결정부의 입경은 1 nm 이상 20 nm 이하인, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the crystal portion has a particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 결정부는 비정질 구조에 혼합되는, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the crystal part is mixed with an amorphous structure.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 오목부를 포함하는, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the oxide semiconductor layer includes a concave portion.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층의 상기 채널 형성 영역은 진성인, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the channel formation region of the oxide semiconductor layer is intrinsic.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층의 결정화도는 80% 이상인, 반도체 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the oxide semiconductor layer has a crystallinity of 80% or more.
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